6.1.3. Кпд магнетрона

Электронный КПД магнетрона определяет эффективность преобразования энергии электронного потока в энергию высокочастотных колебаний , возбуждаемую в резонаторной системе, по отношению к подводимой мощности

,

где – анодный ток магнетрона в режиме генерации. В общем случае величина электронного КПД магнетрона находится в сложной зависимости от геометрии и электрического режима магнетрона. Простая приближенная формула для оценки электронного КПД может быть получена на основании следующих соображений. Ограничимся рассмотрением «электронов отдачи». Энергия, переданная высокочастотному полю в процессе многократного взаимодействия, для «электронов отдачи» может быть определена как разность полной энергии электрона на катодеи аноде:

(6.7)

Исходя из определения электронного КПД, с учетом (6.7) можем записать:

Кинетическая энергия электронов на катоде равна нулю, поэтому полная энергия равна потенциальной энергии;

Потенциал анода принят равным нулю. Следовательно, на аноде потенциальная энергия равна нулю . В этом случаи полная энергия равна кинетической энергии , с которой «электрон отдачи» попадает на анод, т. е.. Полагая, что электрон, попадающий на анод, имеет скорость равную средней скорости азимутального движения, и что кинетическая энергия электрона, движущегося в радиальном направлении, определяется работой сил на пути от катода к аноду, можно оценить величину:

С учетом изложенного получаем выражение для электронного КПД:

(6.8)

Так как входящие в эту формулу величины исвязаны между собой условием синхронизации (6.4), то, подставляя (6.4) в (6.8), получаем

После подстановки численных значений констант и перехода от частоты к длине волны получим следующую формулу для оценочного расчета электронного КПД:

(6.9)

в которой индукция выражена в гауссах, а длина волныв сантиметрах.

Для критического режима электронный КПД равен нулю и возрастает по мере увеличения магнитной индукции, если анодное напряжение изменяется согласно выражению (6.4).

Для различных типов магнетронов значение электронного КПД колеблется в пределах от 40 до 80 %.

Полный КПД магнетрона определяется отношением мощности, отдаваемой магнетроном в нагрузку , к подведенной мощности:

Полный КПД удобно представлять в виде произведения электронного КПД и КПД резонаторной системы

КПД резонаторной системы может быть рассчитан по формуле

,

где и – соответственно собственная и нагруженная добротности резонаторной системы, которые определяются путем расчета или специальных измерений. Величина в существующих типах магнетронов лежит в пределах 60…95 %.

6.1.4. Рабочие характеристики магнетрона

К рабочим характеристикам относятся вольтамперные характеристики, снятые при постоянных значениях магнитной индукции, а также зависимости выходной мощности, КПД и частоты генерации от анодного напряжения и тока магнетрона. Обычно под вольтамперными характеристиками принято понимать зависимость тока от напряжения, построенные в координатах . В случае магнетрона первый тип рабочих характеристик представляет собой зависимости анодного напряжения от анодного тока, снятые при постоянных значениях магнитной индукции и построенные в координатах (рис. 6.6). Поскольку каждая из характеристик, образующая семейство, снимается при постоянном значении магнитной индукции, то эти характеристики называются также кривыми постоянной магнитной индукции.

Ко второму типу рабочих характеристик магнетрона относятся зависимости постоянных значений мощности и КПД (, ), построенные в координатах . (рис. 6.7). Сплошные линии отображают зависимости для различных уровней выходной мощности (верхняя кривая соответствует большей мощности, соответственно 150, 100 и 50 Вт). Характеристики, изображенные штрихами, построены для различных значений КПД.

Рабочие характеристики используются для выбора оптимального рабочего режима магнетрона.

Следует также отметить, что рабочие характеристики измеряют в режиме согласованной нагрузки на выходе магнетрона.