Материал: 1210

31

Если предположить, что электрическое поле между катодом и анодом равномерно, то

Из полученного соотношения видно, что при постоянном значении магнитной индукции, определяемой постоянным магнитом, магнетронный эффект можно получить изменением напряжения анодного питания, т. е.

высокочастотной автогенерации в магнетроне, заключающийся во взаимодействии электронного потока с высокочастотным полем резонаторов.

Вначале оценим влияние тангенциальной составляющей E . Разложение высокочастотного поля на составляющие показано на рис. 1.13, а, а раз-

32

личное направление составляющей E по отношению к движению электронов

е - на рис. 1.13, б, в.

На рис. 12.13, б показана траектория движения электрона е, вылетевшего из катода в тот момент времени, когда тангенциальная составляющая высокочастотного поля ускоряет его и электрон отбирает энергию у магнитного поля В. Направление результирующего поля Е обусловливает такое движение электрона, когда он на первом же витке циклоиды возвращается на катод.

Рисунок 1.13 - Разложение высокочастотного поля резонаторов магнетрона на составляющие и действие тангенциальной и радиальной составляющих на электроны

При этом электрон приходит к катоду с энергией, полученной от высокочастотного поля. Эта энергия обращается в теплоту и создает дополнительный нагрев катода. Такие электроны, называемые “неблагоприятными”, не совершают полезную работу, а расходуют энергию высокочастотного поля. На рис. 1.13, в показана траектория "благоприятного" электрона, покинувшего катод в тот момент времени, когда тангенциальная составляющая,, поля тормозит его. Здесь энергия Е результирующего поля заставляет электрон двигаться в течение нескольких витков циклоиды в тормозящем поле, все время отдавая энергию полю, а на последнем витке циклоиды часть энергии Еа отдается аноду А в виде теплоты.

Таким образом тангенциальная составляющая E высокочастотного

электрического поля как бы выполняет следующие две функции: отбирает благоприятные электроны, обеспечивает их взаимодействие с высокочастотным полем и удаляет из пространства взаимодействия электроны, вылетающие в неблагоприятную фазу.

Рассмотрим роль радиальной составляющей электрического поля (рис. 1.13, г). На рисунке показано расположение трех электронов относительно щели резонатора. На электрон 2 радиальная составляющая не действует, так как под щелью резонатора Er . На электрон 1 действует суммарное поле

33

EСУМ Er E , а так скорость электрона в пространстве взаимодействия маг-

нетрона пропорциональна напряженности электрического поля, то эта скорость у электрона 1 увеличивается:

V1 Er E B

Для электрона 3 получим

V1 Er E B .

Следовательно, скорость электрона 3 уменьшается и он притормаживается. Таким образом, радиальная составляющая высокочастотного электромагнитного поля осуществляет модуляцию по скорости электронного потока, движущегося в пространстве взаимодействия магнетрона. По мере движения электронного потока модуляция по скорости переходит в модуляцию по плотности и образуются сгустки электронов, отдающие свою энергию высокочастотному полю благодаря действию тангенциальной составляющей.

Сэтого момента начинается третий этап возникновения автогенерации

вмагнетроне. Движущиеся сгустки электронов передают свою энергию высокочастотному полю резонаторов. Усиленное высокочастотное поле улучшает группировку электронов по плотности, и далее нарастает лавинообразный процесс возникновения автоколебаний, который прекращается, когда наступает стационарный режим автоколебаний.

Как указывалось, замедляющая система, свернутая в кольцо, превращается в вибратор, резонирующий на определенные дискретные частоты. Следовательно, в колебательной системе магнетрона могут создаваться несколько видов колебаний.

Сдвиг фаз колебаний (между токами или напряжениями) соседних резонатров

одинаков и определяется из соотношения

N 2 K; 2 K N ,

где - сдвиг фаз между соседними резонаторами; N - число резонаторов в магнетроне; К = 0, 1, 2,....

Уравнение получено из того условия, что по полной окружности анодного блока должно укладываться целое число волн или, что то же самое, сум-

Колебания № 1-4 называются попарно - вырожденными. Они образуют две бегущие в противоположных направлениях волны. В результате их сло-

34

жения получается стоячая волна. Для колебаний № 2 вдоль анодного блока укладывается одна стоячая волна, для № 3 - две стоячие волны и т. д. Для всех попарно-вырожденных колебаний число стоячих волн, укладывающихся вдоль анодного блока, меньше половины числа резонаторов, поэтому пучностей тока в результате меньше числа резонаторов. Следовательно, при попар- но-вырожденных колебаниях в магнетроне по крайней мере хотя бы в одной паре резонаторов будет узел тока. При этом распределение узлов и пучностей между отдельными резонаторами случайно и неустойчиво. Случайное перемещение пучностей и узлов тока из одного резонатора в другой будет резко изменять энергию, выводимую из магнетрона петлей связи. В результате можно сделать вывод, что попарно-вырожденные колебания не пригодны для практического использования.

Но существует в магнетроне еще и невырожденное колебание (№ 5). Невырожденные колебания в любом магнетроне получаются тогда, когда K N 2 . Таким образом, общее число колебаний может быть N 2 1. Это

справедливо для анодного блока с четным числом резонаторов. Если же число резонаторов будет нечетным, то все колебания получаются попарновырожденными, поэтому в любом магнетроне число резонаторов всегда только четное.

Невырожденные колебания называются колебаниями типа или противофазными. При колебаниях типа вдоль анодного блока укладывается N 2 стоячих волн и число пучностей тока равно числу резонаторов, по-

этому петля связи, расположенная в любом из резонаторов, будет всегда находиться в пучности высокочастотного поля и количество отбираемой энергии будет устойчивым.

Необходимо теперь рассмотреть условия, при которых в магнетроне возникают именно колебания типа . С этой целью выведем условие синхронизма в магнетроне. Оно заключается в том, что для отдачи максимальной энергии сгустками электронов высокочастотному полю резонаторов время прохождения сгустками расстояния между двумя соседними щелями должно быть равно половине периода высокочастотных колебаний. А так как поле резонатора меняет направление каждую половину периода, то сгустки электронов будут все время проходить под щелями резонаторов в момент максимума тормозящего поля.

Для вывода условия синхронизма воспользуемся рис. 1.14, из которого