ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ КОАКСИАЛЬНОГО МАГНЕТРОНА В КОРОТКОВОЛНОВОЙ ЧАСТИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

May 7, 2012 by admin Комментировать »

Марин В. П.

Центр по исследованию материалов и технологий 4, ул. Мосфильмовская, Москва, 119285, Россия Тел.: 143-67-77Факс:143-06-45, E-mail: atom@gol.ru Гурко А. А.

Открытое акционерное общество «Плутон»

11,  ул. Ново-Сыромятническая, Москва, 105120, Россия Тел:. 916-87-57, Факс:916-19-20

Аннотация: – Проведена оценка перспективы создания коаксиального магнетрона (КМ) в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн.

I.  Введение

В последнее время отечественные разработчики приборов М-типа отдают явное предпочтение коаксиальному магнетрону. Номенклатура магнетронов миллиметрового диапазона расширяется в основном за счет коаксиальных магнетронов. Многие КМ как по отдельным параметрам, так и по их совокупности объективно превосходят и магнетрон со связками, и разнорезонаторный магнетрон. По сравнению с лучшими типами классического магнетрона, в КМ подавление конкурирующих видов колебаний реализуется значительно проще. Привлекает также возможность применения анодной замедляющей системы (АЗС) со значительным количеством (более 40) резонаторов, снимающая в известной мере необходимость уменьшения радиальных размеров пространства взаимодействия при уменьшении длины рабочей волны или (и) напряжения анода.

Сравнительная расчетная оценка уровня собственных диссипативных потерь не ж – видного магнетрона 2-мм диапазона [1] и возможного его альтернативного варианта КМ, проведенная по методике [2], показывает возможность значительного увеличения КПД в последнем.

В сообщении приведены результаты оценки перспектив создания коаксиального магнетрона в коротковолновой области миллиметрового диапазона длин волн.

II.  Основная часть

Современный серийные КМ созданы в восьмимиллиметровом диапазоне. Одним из основных препятствий при продвижении КМ в коротковолновую область считается низкая формо- и теплоустойчивость АЗС вследствие ограничения толщины ее цилиндрической стенки величиной (0,05…0,07) Л. Достаточной формоустойчивости и термостойкости АЗС КМ можно достичь путем изготовления её из молибдена с медным покрытием внешней поверхности анодного блока, что при прочих равных условиях приведет к увеличению омических потерь в в 1,68 раза. Однако, потери в АЗС такого КМ будут в -1,5 раза меньше потерь в АЗС не ж -видного варианта магнетрона. Более серьезным препятствием при создании коротковолнового КМ является проблема обеспечения необходимого уровня связи АЗС со стабилизирующим резонатором (СР), порождаемая малой азимутальной протяженностью периферийной стенки резонатора АЗС. Для АЗС КМ 2-мм диапазона длин волн она не превышает 0,15 мм, а минимальная ширина щели связи АЗС с СР при ее изготовлении непрофилированным электродом составляет около 0,1 мм. Однако основным препятствием при продвижении КМ в коротковолновую часть миллиметрового диапазона длин волн становится возрастающая трудность управления частотой генерации. Стремление разгрузить катод приводит к значительным радиальным размерам СР, вследствие чего зависимость собственной частоты рабочего вида СР от его аксиального размера становится чрезвычайно большой и приводит практически к потере управляемости частотой генерации.

Проиллюстрируем это на примере попытки создания аналога разнорезонаторного магнетрона RPB8 (А=4,3 рм) [3] с параметрами пространства взаимодействия:

диаметр анода                            1,64 мм;

диаметр катода                          1,07 мм;

количество резонаторов 22.

В номинальном режиме (Ua=15 кВ) плотность тока катода составляет -196 А/см2. Уменьшение плотности тока катода в 2 раза, при сохранении неизменными Ua и Ua/UCi достигается в КМ при следующих параметрах пространства взаимодействия: диаметр анода     2,8 мм;

диаметр катода                            2,15 мм;

количество резонаторов 38.

При этом диаметр внутренней стенки СР составит 4,8 мм. Принимая отношение внешнего и внутреннего диаметров СР равным 2,2, находим, что изменение аксиального размера СР на 0,01 мм приводит к изменению собственной частоты вида Нои СР на -0,67 %.

В [4] предложено конструктивное решение, позволяющее уменьшить плотность перестройки частоты: СР присоединен к торцу АЗС и его радиальные размеры могут быть уменьшены по сравнению с коаксиальным расположением. В частности, для рассмотренного примера диаметр внешней стенки СР может быть выбран равным диаметру резонаторов АЗС (4,2 мм). При диаметре внутренней стенки СР 1,9 мм изменение его аксиальной длины на 0,01 мм приводит к изменению собственной частоты вида Нои на -0,24 %. Плотность перестройки частоты уменьшилась в 2,8 раза, но остается, по-видимому, неприемлемой для практических целей даже с использованием принципа так называемой быстрой перестройки с помощью электромагнитного привода [5].

Выход из создавшейся ситуации – переход к об- ращенно-коаксиальному магнетрону (ОКМ). В ОКМ применяется щелевая АЗС, вследствие чего ОКМ уступает КМ как по КПД, так и по величине полосы перестройки частоты. Например, ОКМ SFD-327 8-мм диапазона при Ua = 22,5 кВ и 1а=32 А генерирует 150 кВт с КПД ~21 % [6]. КМ МИ-457 в том же диапазоне длин волн при Ua <15 кВ обеспечивает КПД -31,6 %. К тому же, технологические трудности изготовления щелей связи АЗС с СР в ОКМ могут оказаться непреодолимыми.

III.  Заключение

Одним из существенных препятствий при создании КМ в коротковолновой области миллиметрового диапазона являются технологические трудности в изготовлении электродинамической системы. Однако основным препятствием становится возрастающая трудность управления частотой генерации

Выход из создавшейся ситуации – переход к об- ращенно-коаксиальному магнетрону (ОКМ)

IV.  Список литературы

1.  Усиков А. Я., Канер Э. А., Трутень И. Д. и др. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Киев.: Наукова думка. 1986, с. с.7-20.

2.  Гурко А. А. Оценка возможности повышения КПД магнетронов миллиметрового диапазона с использованием не 71 -вида колебаний. Радиофизика и радиоастрономия, 2000, т. 5, № 1, с. с. 80-83.

3.  Бернштейн, Кролл. Магнетроны разнорезонаторного типа импульсного и непрерывного действия, работающие в режиме слабого поля. Сб. Электронные СВЧ приборы со скрещенными полями, т.2. Под редакцией

М. М. Федорова. М.: ИЛ, 1961.

4.  Патент США № 2.734.148 Кл.315-39.61. Заявитель: фирма «Compagnie Generale de Telegraphe Sans Pil». Изобретатель: Charles Asema.

5.  Зыбин М. H. Быстро перестраиваемые магнетроны – достижения, проблемы, перспективы. Электроника (наука, технология, бизнес), 1999, № 1,

6.  D. А. Т. A. Volume 32. Book 30. 1987.

ESTIMATION OF THE OPPORTUNITY OF COAXIAL MAGNETRON DEVELOPMENT IN SHORT-WAVE PARTS OF THE MILLIMETER BAND

Marin V. P.

The Center on Research of Materials and Technologies

1  Mosfilmovskaya Str. Moscow 119285 Russia

Tel. 107-095-143-67-77 Fax: 107-095-143-06-45;

E-mail: atom@gol.ru Gurko A. A.

Joint Stock Company "Pluton"

11  Novo- Syromiatnicheskaya Moscow 105120 Russia

Tel. .107-095-916-87-57, Fax: 107-095-916-19-20

Abstract – Prospect of creation of coaxial magnetron (CM) in a short-wave part of a millimeter wave band is discussed.

I. Introduction

The comparative settlement estimation of a level of own losses dissipation not it -mode 2-mm wave range magnetron [1] and the possible alternative variant CM, carried out using technique [2], shows an opportunity of substantial growth of efficiency.

II. Main part

Modern CMs are created on a wave Л =8 mm and in shortwave area it is considered one of the basic obstacles of promotion low stability of the form and thermo stability the gas station owing to restriction of thickness of her cylindrical wall in size (0,05 … 0,07) Л. Sufficient stability of the form and thermostability it is possible to reach by application of the SWCA from molybdenum with a copper covering of an external surface of the anode block, that with other things being equal will result in increase in losses in the SWCA in 1,68 times. However, loss in the SWCA thus in ~1, 5 times it is less in comparison with variant not it -mode magnetron. More a serious obstacle at creation of short-wave CM is the problem of the organization of a necessary level of coupling of the SWCA with the stabilizing resonator (SR), generated in the small azimuthally extent of a peripheral wall of the SWCA. For the SWCA of a 2-mm wave range CM she does not exceed 0, 15 mm, and the minimal width of a coupling slot of the SWCA with SR at her manufacturing an electrode without a structure there are in area of 0, 1 mm. But the basic obstacle of promotion of CM in a short-wave part of a millimeter range of lengths waves becomes growing difficulty of frequency control of generation. The aspiration to unload results the cathode in significant radial sizes SR owing to what dependence of own frequency of working kind SR on his axial size becomes extremely big and results practically in loss of frequency control of generation.

III. Conclusion

One of essential obstacles at creation of CM in short-wave area of a millimeter wave range are technological difficulties in manufacturing electrodynamics system. However the basic obstacle becomes growing difficulty of the tuning of a generation frequency. Exit from the created situation – transition to inverted – coaxial magnetron (ICM).

Аннотация – Рассчитаны распределения статического потенциала в цилиндрическом диоде с током, ограниченным пространственным зарядом, при эксцентрическом расположении электродов. Показано, что наличие эксцентриситета приводит к снижению срока службы диода.

I.    Введение

Асимметрия пространства взаимодействия существенно влияет на работу вакуумных источников СВЧ-колебаний. Вопросы влияния асимметрии пространства взаимодействия на работу приборов М- типа экспериментально и теоретически рассматривались в работах [1, 2]. Для качественного объяснения эффектов в [2] была использована модель ло- кально-плоского междуэлектродного пространства. В магнетронах с интенсивным электронным потоком и в электрических СВЧ диодах асимметрия пространства влияет, в первую очередь, на распределение статического потенциала. Представляет интерес также анализ распределений статического потенциала в электрическом эксцентрическом диоде с током, ограниченным пространственным зарядом.

II.    Основная часть

В относительно строгой постановке задача нахождения распределения статического потенциала в эксцентрическом цилиндрическом диоде (при учете компоненты Е^ «холодного» поля) должна решаться

исходя из уравнений движения, учитывающих эту компоненту и определяющих распределение плотности пространственного заряда в междуэлектродном пространстве, и уравнения Пуассона при краевых условиях

ra{<p) – радиальная координата элемента анода в полярной системе координат, связанной с катодом:

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты