ДРЕЙФОВО-ОРБИТАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ В МАГНЕТРОНАХ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН

June 22, 2012 by admin Комментировать »

Кулагин О. П., Ерёмка В. Д.

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова Национальной Академии наук Украины ул. Академика Проскуры,12, Харьков 61085, Украина Fax: 38-0572-441-105 E-mail: eremka@ire.kharkov.ua

Введём безразмерную переменную:

где Uнкритическая разность потенциалов между анодом и катодом (напряжение отсечки).

Тогда в безразмерном виде можно записать:

I

В графической форме выражения (6), (17), (18), (20) представлены на рис. 1а, б.

На рис.1а нанесены характеристики магнетронов, работающих в ж -режиме на 0-й пространственной гармонике: классических (крестики) и неклассических (кружочки режим «слабых полей»). Как видно из рис.1, для классических магнетронов характерно: h = В/Вн    (Вн критическое магнитное поле) и Ь = В/В1 > 3-3.5. Другой важной особенностью таких приборов является соотношение: с >

0.           6-0.7 (см. Таблицу 1, [4]).

Параметры неклассических магнетронов, работающих в режиме «слабых полей» приведены в Таблице 2. Экспериментальные данные под номерами 14 взяты из работы [4], под номером 5 из [5], под номером 6 из [10]. Рабочие точки нанесены на рис. 1а. На рис. 1Ь нанесены характеристики «неклассических» магнетронов в режимах пространственных гармоник (треугольники) [11 ].

Таблица 1.

Число

резо

на

торов

Число

вариа

ций

ВЧ

поля

Диаметр

анода,

мм

Диаметр

катода,

мм

а

Рабочее

напря

жение,

кВ

Рабочее магнитное поле, Т

Макси

мальный

кпд, %

Длина

волны,

мм

1

22

11

1.27

0.83

0.65

8-13

2.5

15

3.3

2

22

11

0.96

0.63

0.65

8-13

3

15

2.5

Таблица 2.

Число

резо

на

торов

Число

вариа

ций

ВЧ

поля

Диаметр

анода,

мм

Диаметр

катода,

мм

а

Рабочее

напря

жение,

кВ

Рабочее магнитное поле, Т

Макси

маль

ный

кпд, %

Длина

волны,

мм

1

22

11

3.48

1.57

0.45

14-22

0.57-0.82

16

5.7

2

22

11

2.36

1.07

0.45

12-16

0.73-0.94

9.5

3.9

3

22

11

1.61

0.78

0.45

17-19

1.4-1.6

2.5

2.8

4

22

11

3.12

1.02

0.32

2.1-2.5

0.22-0.27

10

12.9

5

22

11

3.59

1.62

0.45

19

0.71

16.7

5.7

6

22

11

2.2

1.0

0.455

0.7

0.25

30

15.7

Из рисунков 1а, b видно, что рабочие точки всех «неклассических» магнетронов (и в режиме «слабых полей» и в режиме «пространственных гармоник») находятся вблизи кривых дрейфово-орбитальных резонансов, соответствующих низкоорбитному случаю. Для них выполняется Ua>Uw. Кроме того для этих приборов характерно: 0.3< с <0.6-0.7 и Ъ = В/Вг < 2.5-3 [4, 5, 10, 11].

Все некпассические магнетроны работают в диапазоне 1 <h< 1.6-1.7 и не возбуждаются при больших значениях h. Наиболее вероятная причина в том, что для начала эффективного взаимодействия, диаметр орбиты электрона, по которой происходит вращение с частотой Q2 (для низкоорбитного случая малая орбита), должен достичь предельной величины Cl0min. При увеличении магнитного поля, рабочего напряжения оказывается недостаточно для выполнения этого требования т.е. потенциал формирования пучка оказывается выше напряжения между анодом и катодом: Uw> Uа.

V.  Заключение

На основе сравнения экспериментальных данных с расчётными, можно заключить, что принцип работы «неклассических» магнетронов, с большой долей вероятности, основан на использовании дрейфовоорбитальных резонансов в низкоорбитном режиме. Оптимизация таких приборов требует формирования электронного потока с особыми параметрами. В качестве необходимого средства, может рассматриваться электронно-оптическая система, задающая параметры потока электронов на входе в область взаимодействия.

VI.  Список литературы

[1]    Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых волн. Под ред. А.Я. Усикова.

К.: Наукова думка, 1986 368 с.

[2]    В. Д. Ерёмка, Г. Я. Левин, С. Н. Терехин, О. П. Кулагин. Магнетроны и магнетронные триоды миллиметрового диапазона. — В кн.: 8-я Международная Крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии” (КрыМиКо’98). Материалы конференции. [Севастополь, 14-17 сент. 1998 г.]. — Севастополь: Вебер,

1998,      т. 1, стр. 30-37. ISBN 966-572-027-9.

[3]    И. Д. Трутень, И. Г. Крупаткин, О. Н. Баранов,

Н.        Н. Галушко, В. Э.Игнатов, Импульсные магнетроны миллиметрового диапазона волн в режиме пространственных гармоник. Укр. Физич. Журнал, том 20, с. 11701176, Июль 1975.

[4]    N. М.Bernstein and N. М. Kroll. In Book: Crossed-Field Microwave Devices, Ed. E. Okress, v. II. Academic Press, New York and London, 1961. p. 229.

[5]    R. G. Robertshaw, W. E. Willshaw. In Book: Crossed-Field Microwave Devices. Ed. E. Okress, v. II, Academic Press, New York and London, 1961. p. 280.

[6]    Т. E. Ruden, G. E. Dombrovski, D. Hobbs, G. Boles. «Lowfield Magnetrons Study». Proc. of the First-International Workshop on Crossed-Field Devices, 1995, Ann Arbor, Michigan, USA, pp.66-77.

[7]    Капица П. Л. Электроника больших мощностей.

—         М.: Изд-воАН СССР, 1962. 195 с.

[1]    О. P. Kulagin, V. D. Yeryomka, The Large-Orbit M-type Oscillator with the Adiabatic Electron-Optical System. IEEE Plasma Science, vol. 30, No 6, pp.2107-2112, December, 2002.

[2]    Красников М. Ю. О резонансном взаимодействии в цилиндрическом магнетроне. Изв. высших учебных заведений. Радиофизика, 1980, т. XXIII, № 1, с. 113-121.

[3]    Г. Я. Левин. Электроника магнетронов поверхностной волны миллиметровго диапазона. Диссертация на соискание научной степени доктора физикоматематических наук. ИРЭ АН УССР, Харьков, 1989.

[4]    Г. Я. Левин, Р. Г. Старченко. Магнетроны непрерывного действия на длины волн 8-18 мм. Труды ИРЭ АН УССР, 1955, т.Ш, с.126.

DRIFT-ORBITAL MODES IN MILLIMETER WAVE MAGNETRONS

Kulagin O. P., Yeremka V. D.

Usikov Institute of Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine

12,   Ac. Proscura Str, Kharkiv 61085, Ukraine fax: 0572-441105

E-mail: eremka@ire.kharkov.ua

Abstract The large-orbit and small-orbit modes of M-type oscillator in the drift-orbital resonance mode are considered. The theoretical analysis of energy oscillator characteristics is made for each mode. The comparison between experimental and theoretical data is fulfilled. Deductions concerning electronwave interaction mechanism in millimeter-band magnetrons are proposed.

I.    Introduction

At the present, a considerable part of millimeter magnetrons is non-classical in their parameters. The «low field» and «space harmonic» regimes are differed. The factors causing differences from «classical» regimes have not been satisfactorily explained yet.

II.   The resonance conditions

For the «поп-classical» magnetrons the «guiding centres» approximation is not sufficiently exact. The orbital harmonics must be included into the motion equation analysis. The largeorbit and small-orbit cases are possible in the crossed fields.

III.  The optimal electron flow parameters

The optimal electron flow parameters may be revealed from electron motion equations taking into account the disturbing field. These parameters are different for the large-orbit and small-orbit cases.

IV. The beam forming voltage

In the drift-orbital resonance modes the minimal voltage is necessary to form the electron flow with required parameters.

V. Conclusion

On the basis of comparison between experimental and theoretical data we can state that the operation principles of «поп-classical» magnetrons are based on the drift-orbital resonance in small-orbit regime. The special electron-optical system may be used as a necessary facility providing the device optimisation.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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