Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Реферат.Магнетроны.docx
Скачиваний:
84
Добавлен:
02.07.2019
Размер:
551.06 Кб
Скачать

Содержание

Введение 2

1 Магнетроны 4

1.1 Конструкция и особенности магнетронов 4

2 Принцип работы магнетрона 11

3 Коаксиальный магнетрон 16

Заключение 26

Список используемой литературы 27

Введение

Для возбуждения мощных колебаний сверхвысоких частот большое практическое значение имеет коаксиальный магнетрон. Вторая половина 20-го столетия отмечена значительными успехами в области совершенствования конструкции и параметров магнетрона. Следует отметить 3 события, кардинальным образом повлиявших на перспективу использования магнетрона в современной технике. К таковым следует отнести появление коаксиального магнетрона (КМ), магнетрона с безнакальным автоэмиссионным запуском и магнетрона на пространственной гармонике не π-вида колебаний.

С появлением новых технологий и большого количества накопленных знаний появляются возможности модернизации старых приборов и создания на их основе новых, более совершенных, лёгких, компактных.

Безнакальные магнетроны успешно используются в навигационной аппаратуре морских и речных портов, в РЛС самолетов и вертолетов, в

охранной аппаратуре, включая переносную, в метеорадарах. Расширение области использования в технике и быту и рост производства безнакальных магнетронов можно обеспечить несколькими путями. Первый – разработка более мощных магнетронов в освоенном диапазоне частот. Это вполне реальный путь, так как при увеличении выходной мощности растет напряжение анода магнетрона и, следовательно, улучшаются условия для автоэмиссии катода.

1 Магнетроны

Магнетрон (от греч. μαγνήτης — магнит и электрон) — электровакуумный прибор для генерации радиоволн сверхвысокой частоты (СВЧ, микроволн), в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю.

Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в электронике и радиотехнике; устанавливаются в радиолокационных стациях, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон.

В многорезонаторном магнетроне используется внутренний цилиндрический катод, который создает эмиссию электронов по всей длине кольцевого пространства взаимодействия и обеспечивает получение замкнутого электронного потока.

1.1 Конструкция и особенности магнетронов

Резонансный магнетрон (рисунок 1)  состоит из  анодного  блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. К анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Рисунок 1 - Магнетрон с продольном разрезе

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля, закреплённая в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема магнетрона в поперечном разрезе

Резонаторы магнетрона образуют кольцевую колебательную систему, около них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Среди нескольких резонансных частот системы (при N резонаторах в системе возможно существование любого целого количества стоячих волн в диапазоне от 1 до N/2) чаще всего используется π-вид колебаний, при котором фазы в смежных резонаторах различаются на π. При наличии рядом с рабочей частотой (ближе 10%) других резонансных частот возможны перескоки частоты и нестабильная работа прибора. Для предотвращения подобных эффектов в магнетронах с одинаковыми резонаторами в них могут вводиться различные связки либо применяться магнетроны с разными размерами резонаторов (четные резонаторы с одним размером, нечётные — с другим).

Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов (рисунок 3): щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Рисунок 3 - Различные формы резонаторов анодного блока

(щель-отверстие, щелевой, лопаточный)

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 140 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.

Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %). Магнетроны бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в сек) — ротационные и вибрационные механизмы.

В последние 10-15 лет почти во всех классах приборов, являющихся источниками СВЧ-энергии, достигнуто существенное улучшение параметров и характеристик. Это способствует расширению традиционных и появления новых сфер применения энергии СВЧ электромагнитных волн, что, в свою очередь, выдвигает постоянно растущие требования к электрическим характеристикам, показаниям надежности, долговечности и экономичности и стимулирует как дальнейшее совершенствование существующих классов и типов СВЧ -приборов, так и разработку новых . Реальная конкуренция привела с одной стороны к, достаточно ясному и объективному пониманию ограничений, а, с другой стороны к более или менее определенному разграничению сфер предпочтительного использования тех или иных приборов.

Так за магнетронами остаются преимущества в тех областях, где требуется минимизация массогабаритных параметров прибора и радиоэлектронного средства (РЭС) в целом, эксплуатация надежность и простота управления; низкие рабочие напряжения и уровни рабочих колебаний.

На сегодня магнетроны остаются самыми дешевыми источниками СВЧ-энергии среди ЭВП СВЧ ( в расчете на 1 Вт мощности ) и обладают самой высокой удельной мощностью.

За последние два десятилетия классические магнетроны были существенно усовершенствованы в направлении миниатюризации, повышения долговечности и надежности. Это касается как магнетронов непрерывного действия, применение которых для бытовых СВЧ печей, установок промышленного нагрева, для медицинской аппаратуры и др. неуклонно ширится, так и импульсных магнетронов.

Межтиповая же конкуренция среди магнетронов все же привела к заметному вытеснению классических импульсных магнетронов коаксиальными (КМ) и обращено коаксиальными (ОКМ).

Соответственно, типовое представительство магнетронов существенно расширилось.

Появились магнетроны запускающиеся с “холодного“ катода, что обеспечивает минимальное время готовности. В целом интерес к магнетронам как в среде их разработчиков, так и в среде создателей современных РЭС, в связи с развитием и раскрытием еще не исчерпанных возможностей этих приборов, возродился и заметно возрастает.

Создание магнетронов, отвечающих современным нарастающим требованиям, встречают трудности и ограничения, появляющиеся при совокупности или автономном решении таких задач как:

- достижение повышенных уровней мощности, особенно по мере продвижения в коротковолновый участок сантиметрового диапазона и в миллиметровый диапазон длин волн;

- достижение повышенной стабильности частоты (в частности от импульса к импульсу);

- достижение широкого диапазона перестройки частоты; - обеспечение повышенной скорости перестройки частоты и специфических законов её изменения от импульса к импульсу и внутри импульса; - достижение повышенных длительностей импульса; - достижение пониженных уровней побочных колебаний, в том числе гармоник, генерируемых магнетроном.

Типичные характеристики Магнетрона приведены на рисунке 4. Магнетрон начинает работать, когда анодное напряжение достигает значения, соответствующего началу синхронизма. С увеличением напряжения условия синхронизма улучшаются; сила тока, выходная мощность и кпд Магнетрона увеличиваются. При оптимальных условиях синхронизма кпд Магнетрона достигает максимума. Дальнейшее повышение анодного напряжения постепенно ухудшает синхронизм и сопровождается снижением кпд, несмотря на увеличение силы тока и выходной мощности.

Рисунок 4 - Типичная рабочая характеристика импульсного магнетрона

Заштрихованными участками обозначены области отсутствия генерации, сплошными линиями — импульсная выходная мощность Ри и напряжённость постоянного магнитного поля Н, пунктирными линиями — кпд (без учёта мощности подогрева катода).

В практике эксплуатации магнетронов широко пользуются графическими рабочими характеристиками, позволяющими в зависимости от конкретных условий установить требуемые значения мощности и КПД. По вертикальной координатной оси отложены значения анодного напряжения, по горизонтальной оси — значения анодного тока.

Для выражения взаимной зависимости нескольких параметров магнетрона на рабочие характеристики наносят ряд кривых, вдоль которых одна из представляемых величин остается неизменной. Эти кривые называются соответственно линиями постоянной мощности, КПД и магнитной индукции. На рисунке 5 линии постоянной индукции сплошные, линии постоянного КПД — пунктирные.

Если изменять напряжение на магнетроне от значения U1 до U2, оставляя неизменной магнитную индукцию ВЗ, то рабочая точка, определяющая режим работы магнетрона, будет перемещаться вдоль линии постоянной индукции. Вследствие слабого наклона линий постоянной индукции при этом будет наблюдаться сильное изменение тока, протекающего через магнетрон (от h до Ь). Из характеристик видно, что в пределах одной линии постоянной индукции ток изменяется практически от нуля до своего максимального значения при относительно небольшом изменении анодного напряжения. Поэтому на практике режим работы магнетрона удобнее контролировать не по напряжению на магнетроне, а по анодномутоку.

В областях очень малых и очень больших токов магнетрон работает неустойчиво, в области малых токов наблюдается низкая стабильность частоты магнетрона, а в области больших токов возможно появление искрения — кратковременных электрических пробоев внутри магнетрона, приводящих к быстрому разрушению катода.

КПД магнетрона возрастает при одновременном увеличении анодного напряжения и магнитной индукции, если при этом не нарушаются условия синхронизма. КПД магнетрона напрямую зависит от потерь, которые происходят двумя путями. Часть мощности теряется потому, что некоторые электроны прибывают на анодный блок магнетрона с крупными скоростями и тратят свою энергию на его нагрев. Вследствие этого магнетрон разогревается до высокой температуры и необходимо принимать специальные меры для его охлаждения. Другая часть мощности теряется в резонаторах магнетрона, так как в них возникают СВЧ токи большой силы. Для снижения этих потерь необходимо повышать добротность резонаторов. Существуют и некоторые другие виды потерь, но их удельный вес невелик.

Рисунок 5 - Рабочие характеристики магнетронов.

Соседние файлы в предмете Микроэлектроника