Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний

Проведен анализ причин ограничения области существования по магнитному полю дублетных видов колебаний в периодических равнорезонаторных колебательных системах магнетронов миллиметрового диапазона длин волн. Получены аналитические выражения, которые описывают связь верхней границы области существован...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2008
Main Authors:	Гурко, А.А., Еремка, В.Д.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2008
Subjects:	Вакуумная и твердотельная электроника
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10585
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний / А.А. Гурко, В.Д. Еремка // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 2. — С. 243-248. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10585
record_format	dspace
spelling	Гурко, А.А. Еремка, В.Д. 2010-08-04T10:10:06Z 2010-08-04T10:10:06Z 2008 Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний / А.А. Гурко, В.Д. Еремка // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 2. — С. 243-248. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10585 537.86:621.385.6.029.65 Проведен анализ причин ограничения области существования по магнитному полю дублетных видов колебаний в периодических равнорезонаторных колебательных системах магнетронов миллиметрового диапазона длин волн. Получены аналитические выражения, которые описывают связь верхней границы области существования рабочего вида колебаний с параметрами колебательной системы и структурой высокочастотного поля в пространстве взаимодействия генераторов. Предложен критерий оценки устойчивого возбуждения рабочего вида колебаний. Критерием является величина отношения амплитуд гармоник конкурирующего и рабочего видов колебаний на радиусе синхронизации рабочего вида. Проведено аналіз причин обмеження області існування по магнітному полю дублетних видів коливань в періодичних рівнорезонаторних коливальних системах магнетронів міліметрового діапазону довжин хвиль. Запропоновані аналітичні вирази, які описують зв'язок верхньої межі області існування з параметрами коливальної системи та структурою високочастотного поля в просторі взаємодії генераторів. Запропоновано критерій оцінки стійкого збудження робочого виду коливань. Критерієм є величина відношення амплітуд гармонік конкуруючого та робочого видів коливань на радіусі синхронізації робочого виду. The reasons for restricting the regions of existing in a magnetic field – oscillations in periodic vane-type cavity oscillating systems of millimeter-wave magnetrons are analyzed. Analytical expressions were derived to describe the relationship between the upper regions. Of the operating mode existence with the oscillatory system parameters and the HF-field structure in the oscillators’ space interaction. A criterion for evaluating the stable operating mode excitation is proposed. This criterion corresponds the magnitude of the relation between the harmonics amplitudes of competing and operating modes on a operating mode synchronization radius. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Вакуумная и твердотельная электроника Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний Створення в магнетроні не π-виду найкращих умов збудження робочого виду коливань Creation of preferable condition for excitement of operating mode in not π-mode magnetron Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
spellingShingle	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний Гурко, А.А. Еремка, В.Д. Вакуумная и твердотельная электроника
title_short	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
title_full	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
title_fullStr	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
title_full_unstemmed	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
title_sort	создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний
author	Гурко, А.А. Еремка, В.Д.
author_facet	Гурко, А.А. Еремка, В.Д.
topic	Вакуумная и твердотельная электроника
topic_facet	Вакуумная и твердотельная электроника
publishDate	2008
language	Russian
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	Створення в магнетроні не π-виду найкращих умов збудження робочого виду коливань Creation of preferable condition for excitement of operating mode in not π-mode magnetron
description	Проведен анализ причин ограничения области существования по магнитному полю дублетных видов колебаний в периодических равнорезонаторных колебательных системах магнетронов миллиметрового диапазона длин волн. Получены аналитические выражения, которые описывают связь верхней границы области существования рабочего вида колебаний с параметрами колебательной системы и структурой высокочастотного поля в пространстве взаимодействия генераторов. Предложен критерий оценки устойчивого возбуждения рабочего вида колебаний. Критерием является величина отношения амплитуд гармоник конкурирующего и рабочего видов колебаний на радиусе синхронизации рабочего вида. Проведено аналіз причин обмеження області існування по магнітному полю дублетних видів коливань в періодичних рівнорезонаторних коливальних системах магнетронів міліметрового діапазону довжин хвиль. Запропоновані аналітичні вирази, які описують зв'язок верхньої межі області існування з параметрами коливальної системи та структурою високочастотного поля в просторі взаємодії генераторів. Запропоновано критерій оцінки стійкого збудження робочого виду коливань. Критерієм є величина відношення амплітуд гармонік конкуруючого та робочого видів коливань на радіусі синхронізації робочого виду. The reasons for restricting the regions of existing in a magnetic field – oscillations in periodic vane-type cavity oscillating systems of millimeter-wave magnetrons are analyzed. Analytical expressions were derived to describe the relationship between the upper regions. Of the operating mode existence with the oscillatory system parameters and the HF-field structure in the oscillators’ space interaction. A criterion for evaluating the stable operating mode excitation is proposed. This criterion corresponds the magnitude of the relation between the harmonics amplitudes of competing and operating modes on a operating mode synchronization radius.
issn	1028-821X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10585
citation_txt	Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний / А.А. Гурко, В.Д. Еремка // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 2. — С. 243-248. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT gurkoaa sozdanievmagnetroneneπvidapredpočtitelʹnyhusloviivozbuždeniârabočegovidakolebanii AT eremkavd sozdanievmagnetroneneπvidapredpočtitelʹnyhusloviivozbuždeniârabočegovidakolebanii AT gurkoaa stvorennâvmagnetroníneπvidunaikraŝihumovzbudžennârobočogovidukolivanʹ AT eremkavd stvorennâvmagnetroníneπvidunaikraŝihumovzbudžennârobočogovidukolivanʹ AT gurkoaa creationofpreferableconditionforexcitementofoperatingmodeinnotπmodemagnetron AT eremkavd creationofpreferableconditionforexcitementofoperatingmodeinnotπmodemagnetron
first_indexed	2025-11-24T16:28:13Z
last_indexed	2025-11-24T16:28:13Z
_version_	1850485918704599040
fulltext	__________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 13, № 2, 2008, с. 243-248 © ИРЭ НАН Украины, 2008 УДК 537.86:621.385.6.029.65 СОЗДАНИЕ В МАГНЕТРОНЕ НЕ ВИДА ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАБОЧЕГО ВИДА КОЛЕБАНИЙ А. А. Гурко, В. Д. Еремка Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, 12, ул. Академика Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: yeryomka@ire.khrkov.ua Открытое акционерное общество «Плутон», 11, ул. Ново-Сыромятническая, Москва, 105120, Россия E-mail: pluton@aha.ru Проведен анализ причин ограничения области существования по магнитному полю дублетных видов колебаний в перио- дических равнорезонаторных колебательных системах магнетронов миллиметрового диапазона длин волн. Получены аналитиче- ские выражения, которые описывают связь верхней границы области существования рабочего вида колебаний с параметрами коле- бательной системы и структурой высокочастотного поля в пространстве взаимодействия генераторов. Предложен критерий оценки устойчивого возбуждения рабочего вида колебаний. Критерием является величина отношения амплитуд гармоник конкурирующего и рабочего видов колебаний на радиусе синхронизации рабочего вида. Библиогр.: 14 назв. Ключевые слова: миллиметровый диапазон волн, магнетрон, вид колебаний, колебания не вида, пространственные гармоники поля. Анализ современного состояния исследо- ваний, разработок и промышленного выпуска магнетронов миллиметрового диапазона волн показывает, что наибольшие успехи при укороче- нии рабочей длины волны и повышении уровня генерируемой мощности достигнуты с помощью генераторов, работающих на пространственных гармониках [1-9]. Магнетроны, которые выпуска- ет электронная промышленность, работают в ре- жиме синхронизации электронного потока с низ- шей пространственной гармоникой поля дублет- ного вида колебаний, который имеет место в анодном блоке с периодической равнорезонатор- ной системой [4, 5, 8]. Подтверждением плодо- творности этого направления служат результаты разработки и создания в 1960-х гг. не имеющего аналогов ряда низковольтных магнетронов непре- рывного действия для накачки квантовых пара- магнитных и параметрических усилителей [6]. Другим свидетельством является создание в 1984 г. первой и до сих пор единственной в миро- вой практике промышленной конструкции им- пульсного магнетрона двухмиллиметрового диа- пазона длин волн (ОАО «Плутон», Москва) [9]. Накопленные на сегодня результаты разработок и создания магнетронов не вида, развитие представлений о «харьковском» режиме работы и специфических особенностях таких генераторов стимулируют пересмотр существующих методик расчета их элементов конструкции и режимов ра- боты. При этом задачей первостепенной важности представляется развитие известных методов рас- чета верхней границы области существования рабочего вида по магнитному полю, которую час- то определяют величиной отношения напряжения анода Ua к потенциалу синхронизации Uc. В данной работе проведен анализ усло- вий возбуждения рабочего вида колебаний в маг- нетронах не вида и предложен критерий оценки устойчивой работы таких генераторов в миллиметровом диапазоне волн. 1. Об условиях возбуждения рабочего вида колебаний в магнетронах не вида. Ог- раничение области существования рабочего вида колебаний объясняли, в частности, локализацией высокочастотного поля в пространстве взаимодей- ствия у поверхности анода с равнорезонаторной периодической системой, вследствие чего генера- торы названы «магнетронами поверхностной вол- ны» [2]. Следует заметить, что явление локализа- ции высокочастотного поля у поверхности анода присуще и разнорезонаторным магнетронам, рабо- тающим в режиме слабого магнитного поля [10]. Авторы работы [10] предполагали, что в этом слу- чае «процесс передачи энергии электронов волне аналогичен происходящему в ЛБВ». Такое пред- ставление об электронно-волновом взаимодейст- вии в скрещенных полях объясняет также причину наличия в магнетронах поверхностной волны за- претных областей по магнитному полю между ра- бочими видами колебаний. В работе [2] для нахож- дения предельной величины магнитного поля мил- лиметровых магнетронов не вида непрерыв- ного действия в режиме синхронизации движения электронного потока и поля пространственной гармоники с γ=n+mN предложено уравнение n nm mNn Н 1 1 103,21 2 3 , , где m - любое целое число от до ; σ - отно- шение диаметров катода и анода; N - количество резонаторов; n - длина волны n-го вида колебаний. mailto:eryomka@ire.khrkov.ua mailto:pluton@aha.ru А. А. Гурко, В. Д. Еремка / Создание в магнетроне не π-вида… _________________________________________________________________________________________________________________ 244 Пояснение физического смысла или при- чины появления коэффициента 21,3 10 3 не приве- дено. При замене Нm, n на определенное из урав- нения пороговой прямой отношение Ua /Uc ока- зывается, что верхняя граница области существо- вания вырожденного вида колебаний определяет- ся только величиной Uc, что противоречит из- вестной информации о реальных режимах работы магнетронов не вида. В работе [3] зависимость верхней грани- цы по магнитному полю области существования вида колебаний от параметров пространства взаимодействия представлена эмпирическим со- отношением , 2001 12 /22 2 cmax а, UU (1) где Ua, max - напряжение анода на верхней границе области существования вида колебаний; 2 a7 c 1001,1 r U - потенциал синхронизации гармоники . Коэффициент 200 /2 получен в результа- те анализа работы магнетронов импульсного дей- ствия. Результаты расчета с помощью уравнения (1) значения верхней границы по магнитному полю области существования вида колебаний для вели- чины отношения Ua /Uc не более ~1,5 иллюстри- руют хорошее совпадение с реальным значением. При попытке увеличить значение отношения Ua /Uc наблюдается уменьшение влияния парамет- ров пространства взаимодействия на рост Ua /Uc. В работе [11] приведен сформулирован- ный А. П. Федосеевым «критерий для оценки вероятности возбуждения конкурирующих видов колебаний: вероятность возбуждения конкури- рующего вида колебаний тем выше, чем выше величина отношения фн нп fQ Q , (2) где Qнп - нагруженная добротность системы на конкурирующем виде; Qн - нагруженная доброт- ность системы на рабочем виде; ∆ ф - разница фазовых скоростей рабочего и конкурирующего видов; ∆f - разница резонансных частот основно- го и конкурирующего видов. Обращаем внимание на тот факт, что от- ношение (2) не учитывает различие между конку- рирующими видами колебаний как в уровнях подводимой мощности, так и во вкладе конкури- рующих гармоник в интегральное высокочастот- ное поле вида колебаний. Согласно работам [3, 11] конкуренция рабочего и конкурирующего видов колебаний не зависит от электродинамиче- ских параметров колебательной системы. Приве- денные формулы не учитывают парциального вклада поля синхронной гармоники в суммарное высокочастотное поле вида колебаний в про- странстве взаимодействия, различий в эффектив- ности преобразования подводимой мощности. В работе [8] в результате анализа с учетом этих факторов делается вывод, что причиной огра- ничения сверху протяженности области существо- вания по магнитному полю рабочего вида колеба- ний в равнорезонаторных магнетронах не вида на пространственной гармонике является конку- ренция со стороны вида колебаний с номером большим на единицу. Конкурентоспособность ра- бочего вида колебаний падает вследствие более резкого уменьшения напряженности высокочас- тотного поля рабочей гармоники относительно конкурирующей на радиусе синхронизации первой гармоники и уменьшения разницы в величине ра- диусов синхронизации конкурирующих гармоник. Малое удаление рабочей точки от пара- болы критических режимов обуславливает не только уменьшение величины электронного КПД ,э но также и ограничение возможности увели- чения контурного КПД к . Близость рабочего режима к критическому обуславливает высокую чувствительность параметров магнетрона к изме- нениям температуры окружающей среды и внеш- ним механическим воздействиям, что создает до- полнительные эксплуатационные трудности. Увеличение в магнетроне не вида от- ношения диаметров катода и анода ac dd > 0,5 с одновременным уменьшением номера рабочего вида колебаний n до значения n<N /4-1 (N - количество резонаторов) позволило увеличить как ,э так и к . При этом переход про- цесса генерации с вида n на более высоковольтный вид n+1 при некотором увеличении индукции по- стоянного магнитного поля В происходил скачкооб- разно, исчезли зоны запретной работы по магнит- ному полю. Единственным явлением, которое объ- ясняет такой ход процесса генерации в магнетроне, следует признать межвидовую конкуренцию. Авторы работы [2] утверждают, что в магнетронах поверхностной волны «начало об- ласти генерации каждого вида колебаний опреде- ляется в большинстве случаев прекращением ге- нерации соседнего, более низковольтного вида». Преимущественное возбуждение низковольтного вида является следствием отсутствия энергетиче- ских возможностей у более высоковольтных ви- дов для конкурентного «перехвата» электронов. Причины прекращения генерации низковольтного вида не названы. В работе [12] для оценки конкурентоспо- собности видов колебаний использован критерий А. А. Гурко, В. Д. Еремка / Создание в магнетроне не π-вида… _________________________________________________________________________________________________________________ 245 Крамера. Согласно критерию Крамера самовоз- буждающаяся многовидовая система «будет рабо- тать на виде колебаний, требующем минимально- го рассеяния источников мощности, находящихся в системе. Отсюда следует, что магнетрон должен работать на том виде колебаний, для которого достигается наибольшее отношение запасенной энергии к общей энергии потерь за период». В магнетроне не вида способность запасать высокочастотную энергию больше для вида колебаний с меньшим номером. Это обу- словлено различной степенью «провисания» электромагнитного поля в пространство взаимо- действия и торцевые полости. При фиксирован- ном уровне подводимой мощности величина за- пасаемой энергии определяется в основном уров- нем потерь. Конструкция торцовых полостей в виде круглых запредельных волноводов исключа- ет потери вследствие излучения. Диссипативные потери в стенках резонатора определяются по теореме скин-эффекта S z dSH f Р 2 5,0 , (3) где Нz - значение осевой составляющей высоко- частотного магнитного поля в полости резонато- ра; S - поверхность (площадь) стенок резонатора; f - частота колебаний в резонаторе; χ - проводи- мость стенок резонатора; μ - магнитная прони- цаемость стенок резонатора. Аналитическое выражение, описывающее распределение электромагнитного поля в полости лопаточного резонатора, имеет вид kbN kaNkaJ kaJ kbN krNkrJ krJ аjErН z 1 11 1 0 00 0 0 0 , где Eυ )(a - значение высокочастотного электриче- ского поля на входе в резонатор на границе с про- странством взаимодействия; ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума; μ0 - магнитная проницае- мость вакуума; k - волновое число; τ - толщина ламели; ra - радиус анода; rp - радиус резонатора; J0, J1, N0, N1 - цилиндрические функции первого и второго рода действительного аргумента; N ra sin2 a ; ;ap arrb N - количество резонаторов. Считая электромагнитное поле в полос- тях лопаточных резонаторах постоянным как по углу, так и вдоль оси анода, а также принимая во внимание только потери в стенках резонаторов, получаем следующее выражение для мощности потерь в резонаторе с номером i: ,2a 2 , nii rEP . (4) Выражение для мощности потерь пред- ставлено в виде функции геометрических парамет- ров резонатора и амплитуды напряженности высо- кочастотного электрического поля на входе в него. ;: : 4 ,2 2 1111 2 02 0 0 kaNkbJkbNkaJ drkrZ Nbk h f b a n n (5) N ni E N rE m ai 2 cos sin , , (6) где h - аксиальная протяженность резонаторной системы; f - частота генерации; n - номер вида колебаний; arN 2 ; N 2 ; ;nmN krNkbJkbNkrJkrZ 01100 . Выражение для суммарных потерь в ре- зонаторной системе имеет вид . 2 cos sin ,2 1 0 2 2 , N im n nc N ni E N P (7) Множитель 1 0 2 2 cos N i N ni путем преоб- разований приводим к виду . 21 2 cos 1 0 4 к c э 1 0 2 N i N ni jN i e NP P N ni Второе слагаемое является суммой N чле- нов геометрической прогрессии со знаменателем N ni j e 4 . Для видов колебаний n ≠ N/2; 0 слагаемое 0 1 0 4N i N ni j e и суммарные диссипативные потери резонаторной системы для этих видов колебаний .0 2 c iP N P (8) Пусть амплитуда напряженности высоко- частотного электрического поля синхронной гар- моники на границе пространства взаимодействия Ec(ra) постоянна и равна единице. Идентичность Ec(ra) с известной степенью достоверности пре- допределяет равенство величин электронного КПД. Из уравнения (6) при условии Eγc(ra)=1 на- ходим значение Е А. А. Гурко, В. Д. Еремка / Создание в магнетроне не π-вида… _________________________________________________________________________________________________________________ 246 . )(sin )( nNN nN E (9) Расчет потерь в резонаторной системе для разных n (N=const) из условия Eγc(ra)=1 пока- зывает их увеличение с уменьшением n. Умень- шение напряженности высокочастотного поля рабочей гармоники уменьшает ее конкурентоспо- собность. Таким образом, в магнетронах не вида относительно меньший вклад синхрон- ной гармоники в суммарное поле рабочего n-вида колебаний при более интенсивном ее убывании от анода к катоду по сравнению с конкурирующей гармоникой (n+1)-вида и является основной при- чиной уменьшения конкурентоспособности рабо- чего вида. При соблюдении равных условий сле- дует ожидать большего воздействия на простран- ственный заряд поля вида колебаний с наиболь- шей амплитудой синхронной волны высокочас- тотного потенциала, обеспечивающего в итоге селекцию этого вида. Скорость нарастания ам- плитуды колебаний в резонансном контуре магне- трона тем больше, чем выше уровень нагружен- ной добротности, величина которой для различ- ных видов колебаний определяется уровнем соб- ственных потерь колебательной системы Рс и по- терь в нагрузке Рн. В установившемся режиме передаваемая электронами высокочастотному полю энергия Pэ равна теряемой в колебательной системе и внешней нагрузке нcэ PPP . (10) Введем значение контурного КПД к : к с э 1 Р Р . Электроны могут передать высоко- частотному полю эcaaэ UUIP , (11) где I a - ток анода. С большой степенью достоверности для магнетронов, работающих в интервале отрица- тельных значений ∂ э /∂Yн (Yн – проводимость нагрузки), величина э пропорциональна пре- дельному электронному КПД пр a c прэ 1 U U АА , где А - константа. После подстановки Ua из урав- нения пороговой прямой 7,101 10,7 -1 2пр nB . 7,101 ,710 1 2caaэ nB UUAIP .(12) Совместное решение (6), (8), (10), (12) позволяет определить амплитуду тангенциальной составляющей рабочей гармоники на границе пространства взаимодействия _____________________________________________________ 7,101 7,10 1 ,2 12 sin sin 2 кcaa a, nn n m BN UUAI rE . (13) ___________________________________________ Величину индукции магнитного поля в рабочей точке определяем из преобразованного уравнения пороговой прямой 2 c a 1 110,7 n U U B . (14) Eγ(r) изменяется в пространстве взаимо- действия по закону 2 a к 2 к 1 a a, 1 1 r r r r r r rErЕ . 2. О критериях оценки условий устой- чивого возбуждения колебаний в магнетронах не вида. Согласно работе [13] «характер поля вблизи катода определяет количество энергии, которое тратится на начальную группировку электронов и выбор вида колебаний, который бу- дет возбуждаться электронным механизмом». Формирование «спиц» пространственного заряда происходит в так называемом модулирующем слое, расположенном от радиуса синхронизации до радиуса Бриллюэна. Радиус синхронизации rc, γ определяется по формуле [14] ,cц ц к,c 2 rr , где rк - радиус катода; ωц - циклотронная частота; ωс,γ =2πfn /γ; fn - частота генерации. При фиксиро- ванной величине индукции магнитного поля rc,γ уменьшается с ростом γ. Поэтому естественным представляется сравнение конкурирующих гармо- ник на радиусе низковольтной синхронизации (с меньшим потенциалом синхронизации) и принятие отношения их амплитуд в качестве критерия верх- ней границы по магнитному полю области сущест- вования рабочего вида колебаний. Количественное А. А. Гурко, В. Д. Еремка / Создание в магнетроне не π-вида… _________________________________________________________________________________________________________________ 247 значение критерия определяется следующим обра- зом. Величина генерируемой магнетроном мощно- сти Рн,n (во внешней нагрузке) и мощности потерь в колебательной системе Рс,n через величину кон- турного КПД nк, связаны равенством [14] n n nn PP ,к ,к ,н,c 1 . (15) После подстановки и преобразования уравнение (15) принимает вид n n nnn rE N Р к, к, a 2 ,н, -1 ,2 2 . (16) По измеренным значениям выходной мощности Рн,n и контурного КПД рабочего вида колебаний на верхней границе его области суще- ствования по магнитному полю и вида-конкурен- та Рн,n+1 на нижней границе его области сущест- вования находим величины их диссипативных потерь в резонаторной системе и далее – ампли- тудное значение суммарного высокочастотного поля Еυ,n(ra), рабочей Еυ,γ(ra) и конкурирующей Еυ,γ-1(ra) гармоник. . ,2 12sin ; ,2 12 ,к к,н a ,к к,н a, nn nn nn nn n NP rE N Р rE (17) При расчете амплитудных значений кон- курирующих гармоник «разрушением» спектра пространственных гармоник вынуждены пренеб- регать, поскольку при случайном характере вели- чины, количества и расположения технологиче- ских неоднородностей учет «разрушения» пред- ставляется нереальной задачей. Для ряда экспериментальных макетов низ- ковольтных магнетронов не вида непрерывно- го действия с равнорезонаторной системой [6, 8] расчетная величина отношения амплитуд конкури- рующей и рабочей гармоник на радиусе синхрони- зации второй в режиме изменения вида колебаний находится в интервале 1,31…1,45. Обследуемые магнетроны генерировали на менее нагруженных выводом энергии составляющих рабочего и конку- рирующего дублетов. В расчет критерия верхней границы области существования рабочего вида колебаний по магнитному полю закладывалось значение ,к соответствующее измеренной вели- чине затягивания частоты генерации. При скачкообразном включении номи- нального значения напряжения анода устойчивое возбуждение рабочего вида колебаний происходит при меньших значениях индукции магнитного по- ля, соответствующих отношению амплитуд конку- рирующей и рабочей гармоник на радиусе синхро- низации конкурирующей примерно 1,2…1,33. При работе магнетрона в импульсном режиме верхняя граница области существования рабочего вида по магнитному полю практически совпадает с макси- мально допустимой величиной индукции магнит- ного поля при скачкообразном включении Ua в непрерывном режиме. В образцах с минимальным значением отношения конкурирующих гармоник на верхней границе области существования рабо- чего вида колебаний, по-видимому, имеет место максимальное «разрушение» спектра пространст- венных гармоник вида-конкурента. Вероятность «разрушения» спектра пространственных гармо- ник вида-конкурента технологическими неодно- родностями возрастает с увеличением n [4]. По- этому в качестве критерия устойчивого возбужде- ния магнетрона на рабочем виде колебаний при максимально допустимой величине напряжения предлагается принять равным 1,3 отношение ам- плитуд конкурирующей и рабочей гармоник на радиусе синхронизации рабочей гармоники. При создании магнетронов не вида на пространственной гармонике предлагаемая мето- дика расчета позволяет практически исключить экспериментальные работы по устранению ме- шающего действия конкурирующих видов. Реше- ние задачи сводится в основном к определению необходимого соотношения потерь для рабочего и конкурирующего видов колебаний путем расчетов. В последних конструкциях магнетронов не вида предпочтение отдано работе на нагружен- ной составляющей дублета, имеющей лучшую вос- производимость величины .к В этом случае сте- пень «разрушения» спектра пространственных гар- моник конкурирующих структур высокочастотного поля в пространстве взаимодействия становится единственным критерием оценки эффективности выбора величины, местоположения и количества управляющих неоднородностей. Чтобы управляю- щая неоднородность не «разрушала» пространст- венный спектр рабочей составляющей дублета с номером n, ее необходимо внести в резонатор с но- мером i, для которого выполняется условие 0 2 cos N ni . (18) В резонаторе с номером i разность фаз для соседних видов колебаний составляет 2πi/N. Поэтому спектр пространственных гармоник вы- соковольтного вида-конкурента n+1 «разрушает- ся» в меньшей степени. Из условия (13) вытекает 5,0 2 N ni , где β - любое целое число. По- сле преобразования имеем 1 4ni N , где - любое нечетное число. Предпочтение следует отдавать А. А. Гурко, В. Д. Еремка / Создание в магнетроне не π-вида… _________________________________________________________________________________________________________________ 248 таким N и n, для которых написанное условие вы- полняется не менее, чем для трех резонаторов при изменении в интервале от 1 до N. В этом случае расположением двух управляющих неоднородно- стей в интервале 180 о достигается больший эффект «разрушения» спектра пространственных гармо- ник вида-конкурента по сравнению с расположе- нием неоднородностей в диаметрально противопо- ложных точках системы. В частности, для резона- торной системы с N=24 и управляющими неодно- родностями в резонаторах с номерами i=3, 21 от- ношение конкурирующих гармоник конкурирую- щего (n=7) и рабочего (n=6) видов колебаний на радиусе синхронизации рабочей гармоники, рас- считанное без учета «разрушения» спектра про- странственных гармоник, на верхней границе ус- тойчивого возбуждения рабочего вида колебаний находилось в интервале 1,08…1,13. Выводы. Проанализированы причины ог- раничения области существования по магнитному полю дублетных видов колебаний в периодических равнорезонаторных колебательных системах магне- тронов миллиметрового диапазона длин волн, рабо- тающих на пространственных гармониках колеба- ний не вида. Получены аналитические выраже- ния, которые описывают связь верхней границы области существования рабочего вида колебаний с параметрами колебательной системы и структурой высокочастотного поля в пространстве взаимодей- ствия генераторов. Предложена методика расчета критерия оценки устойчивого возбуждения рабочего вида колебаний, которая позволяет практически исключить экспериментальные работы по выявле- нию условий существования и устранению ме- шающего действия конкурирующих видов. 1. Левин Г. Я., Старченко Р. Ф., Филиппов Ю. Ф. Основы приближенного расчета и рабочие характеристики милли- метровых магнетронов непрерывного действия // Тр. ИРЭ АН УССР. - 1956. - 4. - С. 126-141. 2. Гаплевский В. В., Крупаткин И. Г., Трутень И. Д. К вопро- су о возможности расчета областей генерации в магнетро- нах поверхностной волны // Тр. ИРЭ АН УССР. - 1965. - 13. - С. 173-184. 3. Крупаткин И. Г. Определение границ областей существова- ния видов колебаний в магнетронах, работающих на минус первой пространственной гармонике // Электронная техн. Сер.1. Электроника СВЧ. - 1974. - № 2. - С. 11-16. 4. Гурко А. А., Саевский Ф. В., Еремка В. Д. О влиянии по- грешностей изготовления резонаторной системы на вос- производимость параметров магнетрона // 10-я Междуна- родн. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникаци- онные технологии» (КрыМиКо’2000). - Севастополь. - 2000. - C. 203-206. 5. Sosnitskiy S. N., Vavriv D. M. Theory of spatial-Harmonic Magnetron: An equivalent Network Approach, IEEE Trans // On Plasma Science. - 2002. - 30, No. 3. - P. 984-991. 6. Ерёмка В. Д., Кулагин О. П., Науменко В. Д. Разработка и исследование магнетронов в Институте радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова и Радиоастрономическом институте НАН Украины // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. - 2004. - 9, спец. вып. - С. 42-67. 7. Грицаенко С. В., Ерёмка В. Д., Копоть М. А. и др. Много- резонаторные магнетроны с холодным вторично- эмиссионным катодом: достижения, проблемы, перспек- тивы // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т ра- диофизики и электрон. НАН Украины. - 2005. - 10, спец. вып. - С. 3-37. 8. Гурко А. А. Ограничение протяженности видов колебаний по магнитному полю в не π-видном магнетроне // Науко- емкие технологии. - 2007. - № 5. - С. 37-39. 9. Gurko A. Diploma. Medaille d’or. Pour L’invention “Magnetron impulsif millimetrique” // Brussels Eureka’97. 11.11.1997. 10. Робертшоу, Уилшоу. Работа магнетронов в режиме слабых полей // Сб. Электронные СВЧ приборы со скрещенными полями / Пер. под ред. М. М. Федорова. - М.: Изд-во иностр. лит., 1961. - 2. - С. 280-293. 11. Самсонов Д. Е. Основы расчета и конструирования много- резонаторных магнетронов. - М.: Сов. Радио, 1966. - 280 с. 12. Ваккаро. Магнетрон, настраиваемый четырьмя резонато- рами // Сб. Электронные СВЧ приборы со скрещенными полями / Пер. под ред. М. М. Федорова. - М.: Изд-во иностр. лит., 1961. - 2. - С. 130-141. 13. Магнетроны сантиметрового диапазона / Пер. под ред. С. А. Зусмановского. - М.: Сов. Радио, 1950. - Т.1. - 420 с. 14. Бычков С. И. Вопросы теории и практического примене- ния приборов магнетронного типа. - М.: Сов. радио, 1967. - 216 с. CREATION OF PREFERABLE CONDITION FOR EXCITEMENT OF OPERATING MODE IN NOT MODE MAGNETRON A. A. Gurko, V. D. Yeryomka The reasons for restricting the regions of existing in a magnetic field – oscillations in periodic vane-type cavity oscillating systems of millimeter-wave magnetrons are analyzed. Analytical expressions were derived to describe the relationship between the upper regions. Of the operating mode existence with the oscillatory system parameters and the HF-field structure in the oscillators’ space interaction. A criterion for evaluating the stable operating mode excitation is proposed. This criterion corresponds the magnitude of the relation between the harmonics amplitudes of competing and operating modes on a operating mode synchronization radius. Key words: millimeter wave band, magnetron, field spatial harmonics, mode oscillation, not mode oscillation СТВОРЕННЯ В МАГНЕТРОНІ НЕ ВИДУ НАЙКРАЩИХ УМОВ ЗБУДЖЕННЯ РОБОЧОГО ВИДУ КОЛИВАНЬ О. О. Гурко, В. Д. Єрьомка Проведено аналіз причин обмеження області існу- вання по магнітному полю дублетних видів коливань в періо- дичних рівнорезонаторних коливальних системах магнетронів міліметрового діапазону довжин хвиль. Запропоновані аналі- тичні вирази, які описують зв'язок верхньої межі області існу- вання з параметрами коливальної системи та структурою ви- сокочастотного поля в просторі взаємодії генераторів. Запро- поновано критерій оцінки стійкого збудження робочого виду коливань. Критерієм є величина відношення амплітуд гармо- нік конкуруючого та робочого видів коливань на радіусі синх- ронізації робочого виду. Ключові слова: міліметровий діапазон хвиль, маг- нетрон, вид коливань, коливання не виду, просторові гармоніки поля. Рукопись поступила 15 апреля 2008 г.

Создание в магнетроне не π-вида предпочтительных условий возбуждения рабочего вида колебаний

Institution

Similar Items