Конструкции магнетронов бывают различные, ио в радиолокационных устройствах применяются исключительно многорезона-торные магнетроны, создателями которых являются советские инженеры Алексеев Н. Ф. и Маляров Д. Е.

Типичная конструкция современного многорезонаторного магнетрона показана на рис. 1.77.

Основными частями магнетрона являются катпд, анодный блок с резонагорами и усгройство вывода высокочастотной энергии. В магнетронах используется подогревный оксидный катод, который имеет форму цилиндра и располагается по осп анодного блока. Он должен обладать возможно большей удельной эмиссией, большой механической прочностью оксидного слоя, высокой электро- и теплопроводностью поверхности. Это достигается специальной конструкцией катода. С торцов катод закрывается концевыми экранами 7, препятствующими утечке электронов из пространства взаимодействия /. В цепях накала имеются высокочастотные дроссели 9, представляющие собой коаксиальные четвертьволновые короткозамкнутые линии. Они не пропускают в цепи накала высокочастотную энергию.

Анодный блок 3 выполнен из электролитической меди. По окружности блока расположены резонаторы 4. Наиболее широко используются в десятисантиметровом диапазоне резонаторы типа «щель -отверстие». Применяются также щелевые и секторные резонаторы. В магнетронах бывает от 6 до 40 резонаторов, причем число их всегда четное. С укорочением волны число резонаторов увеличивают, а их размеры уменьшают. На анодном блоке расположены радиаторы 10, улучшающие его охлаждение, которое бывает воздушным или жидкостным.

Пространство между катодом и анодным блоком называется пространством взаимодействия. Здесь происходит обмен энергией между потоком электронов и высокочастотным полем.

Отбор энергии производится с помощью петли 6, расположенной в одном из резонаторов. В некоторых типах магнетронов (на волнах короче 3 см) энергия отбирается с помощью щели, соединяющей один из резонаторов с волноводом (рис. 1.78,6). Все резонаторы связаны между собой посредством высокочастотных полей и специальных связок 5 (рис. 1.77). Связки улучшают работу магнетрона; их роль подробно рассматривается ниже. Наличие СИЛИНОЙ связи между резонаторами позволяет располагать петлю

Рис.

1.78. Способы отбора энергии

о - с помощью петлн, б - с помощью шелн

в любом из резонаторов. При этом отбор энергии будег осуществляться от всей колебательной системы в целом.

Устройство вывода энергии должно обеспечить отбор в согласованную нагрузку максимальной мощности и возможно меньше влиять на частоту колебаний магнетрона. Поэтому в нем имеются согласующие трансформаторы. Пример консгрукции коаксиального вывода энергии показан на рис. 1.79. Волноводный вывод ис-

Рис. 1.79. Устройство коаксиального вывода энергии / - олнородная линия. 2 - трансформатор. 3 - коаксиальная линия, 4-вакуумное уплотнение. Б - коаксиальная линия. 6 - дроссель, 7 -- соединительное звено. 8 - трансформатор

пользуется на волнах короче 3 см. На других волнах используется коаксиальный вывод, а при передаче энергии по волноводу - коаксиально-волноводный переход.

Импульсные магнетроны работают при анодных напряжениях от нескольких сотен вольт до нескольких десятков киловольт. Анод магнетрона заземляется, а катод находится под высоким отрицательным потенциалом.

Рис. 1.80. Магнетрон (а) и магнитная система (б)

Рис. 1.81. Пакетный магнетрон

Постоянное магнитное поле направлено по оси анодного блока. Оно создается с помощью постоянного магнита или электромагнита, между полюса.\ш которого помещается магнетрон (рис. 1.80). Применяются пакетные магнетроны, в которых магнит и магнетрон конструктивно объединены (рис. 1.81). Это позволяет уменьшить расстояние между полюсами и при меньших размерах магнита получить большую индукцию В,

Магнетроны используются в основном в качестве импульсных автогенераторов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. В настоящее время достигнута максимальная импульсная выходная мощность магнетронов порядка 10 Мет, но наиболее часто она измеряется сотнями квт.

2. Основной вид колебаний в магнетроне

м <

Рис. 1.82. Эквивалентная схема колебательной системы магнетрона

Колебательная система магнетрона состоит из n связанных между собой резонаторов. Каждый резонатор в отдельности эквивалентен одиночному колебательному контуру LqCq (рис. 1.82). Связь между двумя соседними резонаторами осуществляется через емкости Ск и взаимоиндуктивность М. Емкость Ск образована каждым сегментом магнетрона и катодом.

В сложной колебательной системе могут существовать различные типы колебаний. Каждому типу колебаний соответствуют своя резонансная частота и свой фазовый сдвиг между токами (напряжениями) в соседних резонаторах. Суммарный сдвиг фаз токов во всех n резонаторах должен быть равен целому числу 2тс. Только в этом случае, приняв фазу тока в одном из резонаторов за исходную и обойдя все n резонаторов по замкнутому кольцу, придем к исходному гоку с его начальной фазой Следовательно, сдвиг фаз колебаний в двух соседних резонаторах можно определять по формуле

2itn

где п- целое число, которое показывает, сколько волн поля укладывается по окружности анодного блока. Этим числом принято характеризовать тип колебаний.

Тип колебаний, соответствующий п=-, называется противофазным или типом тт. (Так как при получается ф = тт.)

Этот тип колебаний является основным для современных магнетронов.

В магнетронах применяются специальные меры, чтобы получить возбуждение именно этого типа колебаний. Изменение полей тг-типа колебаний с течением времени показано на рис. 1 83, а распределение напряжения и полей по окрул<;ностя анодного блока Для фиксированных моментов времени - на рис. 1.84. Из этих рисунков видно, что в колебательной системе устанавливаются стоя-