Рис. 1.83. Колебания электромагнигного поля в магнетроне (л=4)

Рис. 1.84. Распределение напряжения и высокочастотных полей вдоль анодного блока

чие волны, причем по окружности анодного блока укладывается

-- волн, а на каждом резонаторе - половина волны.

Пучности напряжения стоячих волн находятся в щелях резонаторов, а пучности тока - на стенках цилиндров. Узлы и пучности напряжений и токов неизменно сохраняют свои места, и, следовательно, колебания этого типа наиболее устойчивы. При колебаниях других типов хотя бы в одной из щелей имеется узел напряжения, а распределение узлов и пучностей среди резонаторов случайное и неустойчивое. В процессе работы узлы и пучности перемещаются по анодному блоку, что не обеспечивает устойчивого отбора энергии. Это одна из причин, заставляющих использовать в магнетроне колебания типа -к. Другая причина состоит в том, что только эти колебания позволяют получать большой к.п.д. магнетрона благодаря эффективному взаимодействию электронного потока с переменным полем. Условия получения колебаний тг-типа изложены ниже. Будем считать, что магнетрон работает в режиме колебаний типа -к, и рассмотрим физические процессы, происходящие при этом.

3. Образование вращающегося заряда

Предположим, что постоянное магнитное поле отсутствует, а к аноду магнетрона приложено постоянное напряжение Uz- На электроны, вылетевшие из катода, действует электрическая сила

F = ~eE,

где е - заряд электрона;

с Ua Ua

t = - =----напряженность электрического поля;

d а - к

Га, - радиусы анодного блока и катода.

Под действием этой силы вдоль радиусов движутся электроны от катода к аноду (рис. 1.85,о). Вся кинетическая энергия электронов выделяется на аноде в виде тепла; в анодной цепи протекает ток /а]. Магнетрон работает в режпме диода.

Установим постоянное магнитное поле, индукция которого В<Вкр. Пусть силовые линии этого поля направлены за чертеж. На электроны теперь будет действовать не только электрическая, но и магнитная сила

F=eVB,

направленная перпенднкулчрно к вектору скорости электрона V. Магнитная сила не изменяет величины скорости электрона, но она искривляет траекторию его движения, как показано на рис. 1.85,6. В результате этого путь движения электронов удлиняется, но анодный ток не уменьшается.

При увеличении индукции траектория электрона все более искривляется и при некотором ее значении Вир, называемом критическим, электроны проходят вблизи анода и возвращаются на ка-

тод. Анодный ток при этом резко падает до величины, близкой к нулю (рис. 1.85,в). Только некоторые электроны, вылетающие от катода с большой начальной скоростью, долетают до анода, создавая небольшой анодный ток. При ВуВщ, вершины траекторий электронов находятся на некотором расстоянии от анода и анодный ток равен нулю (рис. 1.85,г).

Расчеты показывают, что при ВВр траектория электрона представляет собой кривую линию, описываемую точкой а, лежащей на круге с радиусом R, равномерно катящемся по поверхно-

Рис. 1.85. Траектория полета электронов (с, б, е, г) при ра.з-личных значениях индукции и зависимость анодного тока магнетрона от величины индукции (д)

сти катода (рис. 1.86). Эта кривая называется эпициклоидой. В различных точках эпициклоиды скорость электрона различная: на вершине она максимальна 2Vt, а у катода - нуль. Скорость движения центра круга Vf называется средней или поступательной скоростью электрона. Она определяется по формуле

Частота вращения точки а по окружности называется циклотронной частотой шц. Она определяется по формуле

где т - масса электрона.

Радиус круга определяется по формуле

т Vj т Е

В"