Генератор магнетронного типа

 

Полезная модель относится к области конструирования мощных СВЧ приборов магнетронного типа. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в достижении в конструкции генератора магнетронного типа высоких значений выходной мощности за счет суммирования выходных мощностей нескольких одинаковых магнетронов. Технический результат от применения полезной модели заключается в значительном увеличении суммарных площадей анода и катода генератора при сохранении допустимой плотности спектра частот его электродинамической системы в вблизи рабочей частоты. Указанный технический результат достигается в генераторе магнетронного типа, состоящем из k одинаковых магнетронов (k2), соединенных между собой внешним по отношению к их резонаторным системам устройством, выполненным в виде отрезков передающей линии, имеющих на рабочей частоте электрическую длину, кратную длине волны в этой передающей линии. Эта передающая линия в частном случае реализации конструкции может быть замкнута в кольцо. Парциальные магнетроны могут каждый иметь индивидуальную вакуумную оболочку и общую внешнюю невакуумированную соединительную линию. Длины отрезков линии, соединяющих между собой каждую пару магнетронов - L на рабочей частоте отвечают соотношению:

где: n=1, 2, 3,

- длина волны в передающей линии на рабочей частоте.

Изобретение относится к области конструирования мощных СВЧ приборов магнетронного типа

Многорезонаторный магнетрон является широко применяемым источником мощности в диапазоне СВЧ. Вместе с тем, его возможности ограничены целым рядом факторов. Во-первых, количество резонаторов N нельзя увеличивать произвольным образом, так как это приводит к недопустимому уплотнению спектра резонансных частот и потере устойчивости генерации. Как правило, N18. Во-вторых, размеры магнетрона в направлении постоянного магнитного поля ограничены возможностями технологического оборудования, используемого в их производстве. В сипу этих обстоятельств поверхность катода оказывается существенно ограниченной, и максимально достижимая мощность магнетрона при фиксированном анодном напряжении определяется плотностью предельного тока применяемого катодного материала.

Данную трудность неоднократно пытались обойти путем суммирования мощностей нескольких одинаковых магнетронов в общем выходном тракте (например, патент США 3273074 кл.331-50. и патент США3324341 кл.335-39.69).

Проблема повышения устойчивости работы параллельно работающих магнетронов может быть облегчена за счет последовательного соединения парциальных магнетронов линейным трактом, как это предложено сделать в генераторе по патенту США 3273074 кл.331-50. Его достоинством является то, что каждый магнетрон связан непосредственно не более, чем с двумя другими магнетронами. Тем не менее, для обеспечения устойчивой работы генератора этого не достаточно, так как в области рабочей частоты спектр видов будет очень плотным.

Ближайшим прототипом полезной модели является генератор магнетронного типа, состоящий из k одинаковых магнетронов, соединенных между собой передающей линией, в которой суммируются их выходные мощности (патент США 3324341 кл.335-39.69). Генератор представляет собой плоскую матрицу, составленную из одинаковых магнетронов, работающих на общий волновод. Недостатком конструкции прототипа является очень плотный спектр видов колебаний резонаторной системы, в связи с чем практически невозможно обеспечить устойчивую генерацию на одной частоте. Для обеспечения устойчивости работы генератора необходима отработка конструкции и параметров устройства, связывающего магнетроны между собой.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в достижении в конструкции генератора магнетронного типа высоких значений выходной мощности за счет суммирования выходных мощностей нескольких одинаковых магнетронов.

Технический результат от применения полезной модели заключается в значительном увеличении суммарных площадей анода и катода генератора при сохранении допустимой плотности спектра частот его электродинамической системы вблизи рабочей частоты.

Указанный технический результат достигается в генераторе магнетронного типа, состоящем из k одинаковых магнетронов (k2), работающих на основной частоте, соединенных между собой внешним по отношению к их резонаторным системам устройством, выполненным в виде отрезков передающей линии, имеющих на рабочей частоте электрическую длину, кратную длине волны в этой передающей линии.

Эта передающая линия в частном случае реализации конструкции может быть замкнута в кольцо.

Парциальные магнетроны могут каждый иметь индивидуальную вакуумную оболочку и общую внешнюю невакуумированную соединительную линию.

Длины отрезков линии, соединяющих между собой каждую пару магнетронов - L на рабочей частоте отвечают соотношению:

где: n=1, 2, 3, .

- длина волны в передающей линии на рабочей частоте.

Но возможно также и размещение парциальных магнетронов и соединительной линии в едином вакуумном объеме. На фиг.1 именно такой вариант исполнения представлен в качестве примера. Генератор состоит из четырех одинаковых модулей, каждый из которых является парциальным магнетроном, состоящим из соосных анода 1 и катода 2, помещенных в однородное направленное вдоль оси постоянное магнитное поле. Аноды парциальных магнетронов соединены между собой через устройства связи 3 посредством замкнутой в кольцо двухпроводной линии 4. Диаметр кольца выбирается таким образом, что длина периметра отрезка двухпроводной линии L, соединяющего каждую пару модулей отвечает соотношению (1).

Кроме того, конструкция устройств связи 3 выбирается таким образом, чтобы обеспечивать большую величину коэффициента связи резонатора с полосковой линией Ксвсв1).

Все устройство заключено в общую вакуумную оболочку 5. Вывод энергии осуществляется через два окна 6.

Генератор магнетронного типа работает следующим образом. При подаче на катоды 2 отрицательного напряжения, равного рабочему, и при рабочей температуре катодной поверхности, происходит их самовозбуждение на рабочей частоте. Параметры электродинамической системы парциального генератора выбраны таким образом, чтобы обеспечить устойчивость его работы на основном (-виде) колебаний в индивидуальном режиме. При соединении k парциальных магнетронов отрезками передающих линий, каждый из видов парциального магнетрона будет расщеплен на k видов объединенного генератора, и спектр последнего станет более плотным, но если коэффициент связи Ксв1, а длины отрезков на рабочей частоте генератора отвечают условию (1), то соединительные линии будут вносить в резонаторную систему каждого парциального магнетрона реактивную проводимость, значительно увеличивающую частоты всех k-1 видов колебаний, кроме рабочего (основного) вида, и разделение рабочей f0 и ближайшей паразитной fп частот генератора будет достаточным для устойчивой работы генератора.

Соединение магнетронов с помощью отрезков линий резонансной длины гарантирует синфазность ВЧ колебаний в них, позволяя складывать мощности парциальных магнетронов, тем самым обеспечивая возможность увеличения выходной мощности генераторов магнетронного типа.

В случае размещения парциальных магнетронов в индивидуальных вакуумных объемах они могут иметь как индивидуальные, так и общую магнитные системы, а соединительный тракт может быть или разомкнут, или замкнут в кольцо.

Во всех случаях соединение магнетронов эквивалентно кратному увеличению площадей анода и катода магнетронного генератора.

1. Генератор магнетронного типа, состоящий из k одинаковых магнетронов, работающих на основной частоте, соединенных между собой передающей линией, в которой суммируются их выходные мощности, отличающийся тем, что коэффициент связи передающей линии с каждым из магнетронов близок к единице, а длины L отрезков передающей линии, соединяющих между собой каждую пару магнетронов, отвечают соотношению:

L=n,

где n=1, 2, 3, ;

- длина волны в передающей линии на рабочей частоте.

2. Генератор магнетронного типа по п.1, отличающийся тем, что все k магнетронов и соединительная линия находятся в едином вакуумном объеме.



 

Наверх