О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн
Представлены результаты оценки возможности создания коаксиального магнетрона на высших пространственных гармониках π вида колебаний в двухмиллиметровом 
 
 диапазоне длин волн. Репрезентовані результати оцінки можливості створення коаксійного магнетрона на вищих просторових гармоніка...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10838 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн / Н.И. Скрипкин, А.А. Гурко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 576-578. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860118836340064256 |
|---|---|
| author | Скрипкин, Н.И. Гурко, А.А. |
| author_facet | Скрипкин, Н.И. Гурко, А.А. |
| citation_txt | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн / Н.И. Скрипкин, А.А. Гурко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 576-578. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Представлены результаты оценки возможности создания коаксиального магнетрона на высших пространственных гармониках π вида колебаний в двухмиллиметровом 

диапазоне длин волн.
Репрезентовані результати оцінки можливості створення коаксійного магнетрона на вищих просторових гармоніках виду коливань в двохміліметровому діапазоні 

довжин хвиль.
The results fro evaluating the possibilityes for developing higherspace
harmonic coaxial magnetrons under -mode at the 2-mm
wavelength band.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:38:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
__________
ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 12, № 3, 2007, с. 576-578 © ИРЭ НАН Украины, 2007
ВАКУУМНАЯ И ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
УДК 621.385.6
О ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ КОАКСИАЛЬНЫХ МАГНЕТРОНОВ
НА ВЫСШИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГАРМОНИКАХ
В ДВУХМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН
Н. И. Скрипкин, А. А. Гурко
Открытое акционерное общество «Плутон»,
11, ул. Нижне-Сыромятническая, Москва, 105120, Россия
E-mail: pluton @aha.ru
Представлены результаты оценки возможности создания коаксиального магнетрона на высших пространственных гар-
мониках π вида колебаний в двухмиллиметровом диапазоне длин волн. Табл. 1. Библиогр.: 7 назв.
Ключевые слова: электронные приборы, коаксиальный магнетрон на пространственных гармониках, двухмиллиметро-
вый диапазон длин волн.
Достижения при решении проблемы, свя-
занной с разработкой эффективных генераторных
магнетронов коротковолновой части миллимет-
рового диапазона длин волн, за последние деся-
тилетия следует признать малозначительными.
Можно выделить две тенденции решения про-
блемы. С одной стороны, фирмы Западной Евро-
пы, США и Японии, отдавшие предпочтение ме-
тоду масштабного моделирования резонаторной
системы типа «rizing-sun» анодного блока эффек-
тивных генераторов М-типа сантиметрового диа-
пазона, добились укорочения рабочей длины вол-
ны магнетронов до величины 3мм [1]. Огра-
ниченная номенклатура магнетронов трехмилли-
метрового диапазона и малое количество выпус-
кающих их фирм свидетельствуют, вероятно, о
значительных технических трудностях, которые
появились в процессе промышленной реализации
их конструкций.
С другой стороны, в Украине и России
при решении упомянутой проблемы предпочте-
ние отдано исследованиям, разработке и про-
мышленному выпуску магнетронов миллиметро-
вого диапазона, которые работают в режиме син-
хронизации процесса энергообмена электронного
потока с полем высших пространственных гар-
моник резонаторной системы одного из колеба-
ний не -вида. Это направление решения про-
блемы оказалось плодотворным и привело к соз-
данию в средине 60-х гг. в ИРЭ НАНУ экспери-
ментальных образцов, а в 1984 г. в ОАО «Плу-
тон» (Москва) первой и до сих пор единственной
в мировой практике промышленной конструкции
импульсного двухмиллиметрового магнетрона со
следующими основными характеристиками:
- напряжение анода не более 15 кВ;
- ток анода импульсный 15 А;
- выходная мощность импульсная не ме-
нее 4 кВт;
- длительность импульса 0,05…0,08 мкс;
- коэффициент заполнения 0,00085.
Украинские исследователи из ИРЭ им.
А. Я. Усикова НАНУ и Радиоастрономического
института НАНУ разработали импульсные маг-
нетроны трехмиллиметрового диапазона с термо-
электронным катодом и холодным вторичноэмис-
сионным катодом, которые работают в режиме
возбуждения первой отрицательной пространст-
венной гармоники колебаний не - вида («харь-
ковский» режим). По частотным и энергетиче-
ским характеристикам такие магнетроны не име-
ют аналогов в других странах [2].
Коаксиальные магнетроны (КМ) в тече-
ние длительного времени выпускаются электрон-
ной промышленностью преимущественно для
работы в восьмимиллиметровом диапазоне длин
волн [3]. Отсутствие работающих КМ с рабочими
частотами выше 70 ГГц объясняют фактической
потерей возможности управления частотой его
стабилизирующего резонатора (СР), т. е. частотой
автоколебаний, уже при длине волны 4мм .
Автор работы [4] высказывает уверенность в воз-
можности создания КМ в коротковолновой об-
ласти миллиметрового диапазона и приводит
обоснование, полученное расчетным способом
«по специально разработанной программе». Со-
гласно приведенным в работе [4] оценкам ис-
пользование в КМ двухмиллиметрового диапазо-
на режима синхронизации электронного потока с
высшими пространственными гармониками π
вида колебаний анодной равнорезонаторной за-
медляющей системы сулит значительный прогресс
в коротковолновой части миллиметрового диапа-
зона длин волн. Основные исходные параметры,
режимы работы и прогнозируемые (расчетные)
выходные параметры, составляющие доказатель-
ную базу работы [4], приведены в таблице.
Н. И. Скрипкин, А. А. Гурко / О возможности создания коаксиальных…
_________________________________________________________________________________________________________________
577
Однако отметим, по крайней мере, три
факта, которые вызывают сомнение в достовер-
ности декларируемых выводов работы [4].
1. Различие между расчетным и экспери-
ментальным значениями выходной мощности КМ
«Брелок-1» превышает двукратное значение.
Объяснение причин столь значительного отличия
экспериментальной величины от расчетной не
приводится. В связи с этим возникает вопрос о
корректности упоминавшейся выше «специально
разработанной программы» и реальности пара-
метров оптимального варианта конструкции КМ
на высших пространственных гармониках.
___________________________________________
Наименование параметра, условное
обозначение, единицы измерения
КМ
«Брелок – 1»
КМ на высших
пространственных гармониках
Количество резонаторов, N 40 20
Номер рабочей гармоники 20 30
Диаметр анода, мм 2,64 3,62
Диаметр катода, мм 1,58 2,4
Толщина ламели у анода, мм 0,09 0,43
Угловой раскрыв резонаторов АЗС, градус 9 45
Аксиальный размер СР, мм 1,95 2,04
Крутизна перестройки частоты, CPf L , ГГц/мм 8,41 5,9
Ток анода,
aI , А 15 22,5
Напряжение анода, aU , кВ 13,2 12,2
Выходная мощность, P , кВт 7 22,4
КПД магнетрона, % 3,5 8,2
Контурный КПД, % 23,6 52,9
Электронный КПД, % 15 15,4
___________________________________________
2. Из таблицы следует, что КМ «Брелок-1»
и КМ на высших пространственных гармониках
имеют весьма близкие значения электронного
КПД ( Э ) в номинальном режиме и одинаковое
удаление рабочих точек от параболы критическо-
го режима. Поэтому величины суммарного КПД
могут отличаться лишь вследствие различия ве-
личин контурного КПД ( K ), равного по опреде-
лению отношению потерь во внешней нагрузке к
суммарным потерям во внешней нагрузке и коле-
бательной системе магнетрона. Потери в стенках
резонатора определяются с учетом скин-эффекта
[5]
2
0,5 z
S
f
Р H dS
, (1)
где f - частота колебаний в резонаторе; zH -
значение осевой составляющей высокочастотного
магнитного поля во внутренней полости резона-
тора; S - поверхность (площадь) стенок резона-
тора; - проводимость стенок резонатора; -
магнитная проницаемость стенок резонатора.
Частота генерации исходного магнетрона
в работе [4] не указана. Примем ее равной
140 ГГц. Далее станет ясно, что возможная не-
точность в определении частоты не имеет прин-
ципиального значения. Диссипативные потери в
анодной замедляющей системе (АЗС) определя-
ются амплитудой тангенциальной составляющей
высокочастотного поля (и конфигурацией резона-
тора), которое на входе в резонатор со стороны
пространства взаимодействия описывается урав-
нением [5]
,
sin 2
cosi a
m
N ni
E r E
N
, (2)
где N -количество резонаторов; i -номер резона-
тора; nmN ; n -номер вида колебаний; m -
любое целое число от до ; h - аксиальная
протяженность резонаторной системы;
2 aN r
; -толщина ламели; ar - радиус
анода. Из принятого ранее условия равенства
синхронных гармоник на границе ar для сравни-
ваемых конструктивных вариантов находим
4sin
2
сЕE
N
- для КМ «Брелок-1» на основной
волне - вида ( 40N ) и
3
3
4sin
2
сЕE
N
- для
КМ на высших пространственных гармониках π
вида ( 20N ). Во втором случае очевидно
уменьшение парциальной доли синхронной вол-
Н. И. Скрипкин, А. А. Гурко / О возможности создания коаксиальных…
_________________________________________________________________________________________________________________
578
ны в суммарном высокочастотном поле. Пренеб-
регая потерями в СР и ограничиваясь только дис-
сипативными потерями в стенках АЗС, находим,
что уровень собственных потерь в замедляющей
системе КМ на высших пространственных гармо-
никах в 2,26 раза превосходит аналогичные поте-
ри в КМ на основной волне «Брелок-1». Отсюда
следует, что для достижения в КМ на высших
пространственных гармониках соответствующего
КМ «Брелок-1» уровня Э , K КМ на высших
пространственных гармониках должен быть
меньше 23,6%. Расчетная величина K = 52,9%
означает увеличение суммарных потерь в КМ на
высших пространственных гармониках в 3,66
раза, что при свойственном коротковолновой час-
ти миллиметрового диапазона волн высоком
уровне собственных потерь колебательной систе-
мы приведет к падению суммарного КПД.
3. Расчетное значение крутизны пере-
стройки частоты КМ в первом приближении мо-
жет быть получено дифференцированием резо-
нансного уравнения вида колебаний 011H СР [6]
2 2
5 01
0
СР CР
2 1
1,5 10f
d L
, (3)
где 0f -резонансная частота; CPd -внутренний
диаметр СР; 01 -корень функции Бесселя и Ней-
мана для волны 011H , зависящий от величины
отношения CP CPD d ; CPD -внешний диаметр СР.
Неизменность величины 0f при заданном
размере CPL обусловливает постоянство отноше-
ния 01 CP/ d при изменении толщины раздели-
тельной стенки между АЗС и СР. При толщине
стенки, соответствующей рекомендациям [6],
0f =140 ГГц и
CPL =2,04 мм величина CPf L .
КМ на высших пространственных гармониках в
3,2 раза превосходит показатель таблицы. Заме-
тим, что уменьшение 0f анализируемого варианта
КМ приведет к увеличению CPf L .
Оценка невоспроизводимости собствен-
ных значений частоты АЗС и СР для минимально
возможных в серийном производстве предельных
отклонениях их размеров превышает допустимое
их рассогласование [6]. При этом следует отме-
тить, что для АЗС КМ на высших пространствен-
ных гармониках с увеличением угла раскрыва
резонатора существенно уменьшается величина
f [7]. Уменьшается возможность управле-
ния частотой АЗС путем ее химического травле-
ния и возникает необходимость селективного
комплектования АЗС и СР.
Наконец, выбранная в [4] рабочая плот-
ность тока катода 150 А/см
2
в сочетании с малы-
ми радиальными размерами эмиттера и керна
катода не позволяет рассчитывать на удовлетво-
рение требований по требуемому сроку службы
магнетрона.
1. Short form catalogue microwave producte, EEV Ltd. 1996.
2. Еремка 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.
3. Marin V. P., Gurko A. A.. Animation of the Coaxial Magne-
tron Development in Short-Wave Parts of the Millimeter
Range // The Fifth International Kharkov Symposium «Phys-
ics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Sub- Mil-
limeter Waves». Symposium Proceedings, Kharkov, Ukraine. -
2004. - 2. - P.507-508.
4. Завьялов С. Х. Некоторые вопросы создания импульсных
перестраиваемых магнетронов 2-мм диапазона радиоволн //
Материалы XVI отраслевого координационного семинара
по СВЧ технике. Нижний Новгород. - 2005. - С.75-78.
5. Магнетроны сантиметрового диапазона / Пер. под ред.
С. А. Зусмановского. - М.: Сов. радио, 1950. - 1.
6. Шлифер Э. Д. Расчет и проектирование коаксиальных и
обращено-коаксиальных магнетронов. - М.: МЭИ, 1991. -
168 с.
7. Гурко А. А., Саевский Ф. В., Еремка В. Д. О влиянии по-
грешностей изготовления резонаторной системы на вос-
производимость параметров магнетрона // Тр. 10-й Меж-
дународ. Крымской микроволновой конф. («КрыМиКо
2000») «СВЧ-техника и телекоммуникационные техноло-
гии».- Украина, Севастополь. - 2000. - С.203-206.
FEASIBILITY OF DEVELOPING
HIGHER-SPACE HARMONIC
COAXIAL MAGNETRON
N. I. Skripkin, А. А. Gurko
The results fro evaluating the possibilityes for developing higher-
space harmonic coaxial magnetrons under -mode at the 2-mm
wavelength band.
Kay words: electron devices, higher-space harmonic coaxial
magnetron, the 2-mm wavelength band.
ПРО МОЖЛИВІСТЬ СТВОРЕННЯ
КОАКСІЙНИХ МАГНЕТРОНІВ НА ВИЩИХ
ПРОСТОРОВИХ ГАРМОНІКАХ
В ДВОХМІЛІМЕТРОВОМУ ДІАПАЗОНІ
ДОВЖИН ХВИЛЬ
Н. І. Скрипкін, О. О. Гурко
Репрезентовані результати оцінки можливості ство-
рення коаксійного магнетрона на вищих просторових гармо-
ніках виду коливань в двохміліметровому діапазоні дов-
жин хвиль.
Ключові слова: електронні прилади, коаксійний маг-
нетрон на просторових гармоніках, двохміліметровий діапа-
зон довжин хвиль.
Рукопись поступила 21 марта 2007 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10838 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:38:33Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Скрипкин, Н.И. Гурко, А.А. 2010-08-09T09:09:41Z 2010-08-09T09:09:41Z 2007 О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн / Н.И. Скрипкин, А.А. Гурко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 3. — С. 576-578. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10838 621.385.6 Представлены результаты оценки возможности создания коаксиального магнетрона на высших пространственных гармониках π вида колебаний в двухмиллиметровом 
 
 диапазоне длин волн. Репрезентовані результати оцінки можливості створення коаксійного магнетрона на вищих просторових гармоніках виду коливань в двохміліметровому діапазоні 
 
 довжин хвиль. The results fro evaluating the possibilityes for developing higherspace
 harmonic coaxial magnetrons under -mode at the 2-mm
 wavelength band. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Вакуумная и твердотельная электроника О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн Про можливість створення коаксійних магнетронів на вищих просторових гармоніках в двохміліметровому діапазоні довжин хвиль Feasibility of developing higher-space harmonic coaxial magnetron Article published earlier |
| spellingShingle | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн Скрипкин, Н.И. Гурко, А.А. Вакуумная и твердотельная электроника |
| title | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| title_alt | Про можливість створення коаксійних магнетронів на вищих просторових гармоніках в двохміліметровому діапазоні довжин хвиль Feasibility of developing higher-space harmonic coaxial magnetron |
| title_full | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| title_fullStr | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| title_full_unstemmed | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| title_short | О возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| title_sort | о возможности создания коаксиальных магнетронов на высших пространственных гармониках в двухмиллиметровом диапазоне длин волн |
| topic | Вакуумная и твердотельная электроника |
| topic_facet | Вакуумная и твердотельная электроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10838 |
| work_keys_str_mv | AT skripkinni ovozmožnostisozdaniâkoaksialʹnyhmagnetronovnavysšihprostranstvennyhgarmonikahvdvuhmillimetrovomdiapazonedlinvoln AT gurkoaa ovozmožnostisozdaniâkoaksialʹnyhmagnetronovnavysšihprostranstvennyhgarmonikahvdvuhmillimetrovomdiapazonedlinvoln AT skripkinni promožlivístʹstvorennâkoaksíinihmagnetronívnaviŝihprostorovihgarmoníkahvdvohmílímetrovomudíapazonídovžinhvilʹ AT gurkoaa promožlivístʹstvorennâkoaksíinihmagnetronívnaviŝihprostorovihgarmoníkahvdvohmílímetrovomudíapazonídovžinhvilʹ AT skripkinni feasibilityofdevelopinghigherspaceharmoniccoaxialmagnetron AT gurkoaa feasibilityofdevelopinghigherspaceharmoniccoaxialmagnetron |