Магнетрон

 

lo МАГНЕТРОН, содержащий анодную многоэтажную замедляющую систему со связками, соаксиальное переходное согласующее устройство вывода энергии, соединенное со связками, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности магнетрона с устойчивым возбуждением на рабочем виде колебаний, часть коаксиального переходного согласующего устройства выполнена в виде многоэтажной одномерно-периодической ребристой замедляющей системы, при этом периоды замедляющих систем равны между собой, а ребра замедляющей системы коаксиального переходного согласующего устройства расположены против связок анодной многоэтажной замедляющей системы и соединены с ними, причем максимальное число связанных этажей обеих систем выбрано из условия: Н () «аис где Рддакс - максимальное число связанных этаже.й; ,1, - индекс конкурирующего а о а вида колебаний волны типа ТЕ; hj, - высота этажа анодной многоэтажной замедляющей системы (расстояние между связками этажей, равное расстоянию между ребрами коаксиальной ребристой системы); Н - длина анодной замедляющей системыо 2о Магнетрон по п,1, отличающийся тем, что, с целью увеличения связи и получения нагруженной добротности на конкурирующих видах колебаний меньше чем на рабочем виде , замедляющая система коаксиально: го переходного согласующего,устройства выполнена с кольцевыми ребрами разного диаметра

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . щ)у .Н Ol J 25/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Н

P макс (1 + ш)11 где Рмакс

- ма ксимальное число связанных этаже,й;

m=0, 1, 2...

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОтКРЫТИЯЦ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3439301/21 (22) 17. 05.82 (46) 15.01 92. Бюл. и 2 (72) 0.И.Додонов (53) 621 385.6(088 8) (56) Патент Англии я. 982806, кл. Н 0;l D, 1965.

Патент США И 2737610, кл. 315/39, 1956. (54)(57) 1, МАГНЕТРОН, содержаций анодную многоэтажную замедляющую систему со связками,,коаксиальное переходное согласующее устройство вывода энергии, соеаиненное со связками. отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности магнетрона с устойчивым возбуждением на рабочем виде колебаний, часть коаксиального переходного согласующего устройства выполнена в виде многоэтажной одномерно-периодической ребристо" замедляющей системы, при этом периоды замедляющих систем равны между собой, а ребра замедляющей системы коаксиального переходного согласующего устройства расположены против связок анодной многоэтажной замедляющей системы и соединены.с ними, причем максимальное число

Изобретение относится к СВЧ прибо рам магнетронного типа, содержащим многоэтажную периодическую замедляющую систему со связками в длинном анодном блоке и переходное согласу,.SU„„)I 0?4302 А 1

2 связанных этажей обеих систем выбрано из условия: — индекс конкурирующего вида колебаний волны типа ТЕ;

Ь - высота этажа анодной многоэтажной замедляющей системы (расстояние между связками этажей, равное расстоянию между ребрами коаксиальной ребристой системы);

Н - длина анодной замедляющей системы.

2. Магнетрон по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения связи и получения нагруженной добротности на конкурирующих видах колебаний меньше чем на рабочем виде, замедляющая система коаксиального переходного согласующего,устройства выполнена с кольцевыми ребрами разного диаметра. ющее коаксиальнов устройство вывода энергии.

Известна конструкция магнетрона, в котором высокочастотная мощность . выводится в нагрузку с торца замед1074302

Наиболее близким техническим решением является конструкция магнетрона с анодной замедляющей системой со связками и коаксиальным переходным согласующим устройством вывода энергии, которое соединено с одной связкой и корпусом замедляющей систе55 ляющей системы через конусообразную коаксиальную линию, электрически и механически соединенную внешним проводником со связкой большего диамет,ра, а внутренним проводником - со связкой меньшего диаметра. Это переходное согласуюц1ее коаксиальное устройство вывода энергии обеспечивает сильную и равномерную по азимуту связь вывода энергии с замедляющей системой магнетрона. Однако конструкция такого магнетрона имеет ряд недостатков, а именно: конструкция переходного согласующего коаксиального устройства вывода энергии не обеспечивает получение одинаково сильной связи в широкой полосе. частот для различных видов колебаний типа TEmg в магнетроне с многоэтажной периодической замедляющей системой. Это приводит к недостаточной загрузке конкурирующих видов колебаний и неустойчивой работе прибора на рабочем ТЕ- в (и 0) виде 25 колебаний; 2 торцовая связь вывода энергии с замедляющей системой Hp. обеспечивает. получение одинаковой нагруженной добротности рабочего ТЕ вида колебаний по всей длине многоэтажной замедляющей системы, что приводит к снижению КЙД прибора; торцовое переходное согласующее коаксиальноа устройство вывода энер35 гии имеет достаточно сильную электрическую связь с катодом, что приводит к опасному и нежелательному при эксплуатации магнетрона излучению

СВЧ мощности через катодные изоляторы, к ухудшению стабильности работы прибора и аппаратуры, к снижению КПД, .моцности и т,д, конусообразная коаксиальная линия тоРцового переходного согласующего устройства вывода энергии имеет относительно небольшую полосу согласования (особенно при больших диаметрах связок), что ограничивает применение торцового устройства в магнетроне с многоэтажной замедляющей системой. мы со стороны боковой части анодного блока.

Такая конструкция магнетрона имеет следующие недостатки: связь вывода энергии с замедляющей системой осуществляется только в одном месте по ее длине. Однако резонансные виды колебаний типа ТЕ „„я (m = 0,1,2, ...и = вЂ, — — 1 .....)

N N многоэтажной замедляющей системы имеют неодинаковое распределение амплитуды высокочастотного поля по длине замедляющей системы. В связи с этим величина связи вывода энергии существенно не одинакова на различных видах колебаний, что не позволяет одновременно хорошо "загрузить" рабочий вид

TE N колебаний и остальные кон куриZ рующие виды. Магнетрон в этом случае работает неустойчиво и не отдает нужной мощности, пропускная способность переходного согласующего коаксиального устройства вывода энергии с сосредоточенной связью в одном каком-либо месте замедляющей системы недостаточна для реализации большой выходной мощности магнетрона с многоэтажной замедляющей системой типа двумерно-периодической или трехмернопериодической; сильная локализованная связь переходного согласующего устройства, если удается такую получить на рабочем виде колебаний, приводит к появпению азимутальной и осевой неоднородности (искажению) амплитуды высокочастотного поля, к неодинаковой нагруженной добротности рабочего вида колебаний по длине.анодной системы и в конечном итоге к уменьшению КПД и мощности магнетрона.

Целью изобретения является увеличение выходной мощности магнетрона с ус- . тойчивым возбуждением на рабочем виде колебаний, а также увеличение связи и получение нагруженной добротности на конкурирующих видах колебаний, меньшей, чем на рабочем виде.

Указанная цель достигается тем, что в магнетроне, содержащем анодную многоэтажную замедляюцую систему

co связками, коаксиальное согласующее переходное устройство вывода энергии, Ф соединенное со связками, часть коа.ксиального переходного согласующего устройства выполнена в виде многоэтаж2 6 тично - в виде коаксиальной ребристой системы (одномерно-периодической замедляющей системы), состоящей иэ кольцевых ребер Й, периодически рас- l положенных.на внутреннем проводнике

5 коаксиального переходного согласующего устройства 3 . Кольцевые ребра Ф .

/ могут также располагаться на внешнем проводнике с его внутренней стороны 7;

При этом период hp коаксиальной ребристой системы равен периоду Ьс анодной замедляющей системы 1, а ребра 4 и связки 2 соответствующих этажей обеих замедляющих систем расположены друг против друга и посредством проводников 8 механически и электрически соедйнены между собой через от" верстия 9, выполненные во внешнем про воднике 6 коаксиального переходного согласующего устройства 3 и s анодной замедляющей системе 1. Катод 10 магнетрона расположен коаксиально анодной замедляющей системе.. 15 где Р,„акс - максимальное число свя- занных этажей;

Н

Р ) макс: (1 + ш1,.11

m=0, 1, 2... —. индекс конкурирующего вида колебаний волны 20 типа ТЕ;

h — высота этажа анодной зас медляющей системы (расстояние между связками этажей, равное расстоя-. нию между ребрами коаксиальной ребристой системы);

Н .- длина анодной замедляющей системы. . 30

Укаэанная цель достигается также. тем, что замедляющая система коаксиального переходного согласующего, устройства выполнена с кольцевыми ребрами разного диаметра„ 35

На Фиг.1 представлен один из,возможных вариантов констоукции магнетрона с коаксиальным переходным согласующим . устройством вывода энергии, выполненным в виде многоэтажной одномерно- 40 периодической замедляющей системы типа коаксиальной ребристой структуры; на фиг.2 -.то же, вид сверху.

Иагнетрон содержит анодную многоэтажную замедляющую систему 1, состо- .45 ящую из нескольких этажей парных связок 2, периодически расположенных по всей длине анодной замедляющей системы 1 на расстоянии h< между. этажами. Анодная замедляющая систе- 50 ма 1 электрически связана с коаксиаль-. ныи переходным согласующим устройст-. вом 3 вывода энергии, встроенным в анодную систему 1 .

Коаксиальное переходное согласующее устройство 3 (коаксиал) вывода энергии частично выполнено в виде гладкой коаксиальной линии, а.час в

Максимальное число связанных эта" жей обеих замедляющих систем выбрано по Формуле: Н

P 1 макс (1 + m) h где Р, а„с - максимальное число свя, занных этажей;

m=0 1, 2... — индекс конкурирующего вида колебаний типа

ТЕ «К; 1

hс - высота этажа анодной замедляющей системы;

Н - длина а нодной замедляюц<ей системы.

Формула выведена с учетом Фазовых и амплитудных характеристик распреде-, ления высокочастотного поля по длине анодной системы конкурирующего вида колебаний волны типа ТЕ

Коаксиальная ребристая система связана с анодной системой на той части длины анода, где мгновенное распределение высокочастотного поля.конкурирующего вида изменяет вдоль оси свою амплитуду, но не меняет Фазы.

Эта часть длины анода составляет

Н величину "-"-- °

+ m

1 07430 ной одномерно-периодическо" коаксиальной ребристой замедляющей системы, при этом периоды замедляющих систем равны между собой, а ребра замедляющеи системы коаксиального переходно5

ro согласующего устройства расположены против связок анодной многоэтажной замедляющей системы и соединены с ними, причем максимальное число связанных этажей обеих систем выбрано из условия, определяемого по Формуле:

7 1074302

Согласно широкоизвестному условию устойчивого возбуждения и генерации мощности на рабочем виде колебаний и (например, на и О - виде), конкурируюцие виды необходимо "связыватьн с выводом энергии сильнее, чем рабочий вид колебаний, так чтобы выполнялись соотношения: нии, и вся энергия передается в нагрузку.

Предлагаемая конструкция магнетрона с коаксиальной ребристой системой переходного согласующего устройства вывода энергии позволяет увеличить мощность, КПД и устойчивость работы магнетронов с многоэтажными двумернопериодическими, трехмерно-периодическими замедляющими системами, имеющими длинный анодный блок за счет уве.личения в широкой полосе частот связи со всеми видами колебаний и загрузить не только рабочий вид колебаний, но и конкурирующие, выполнив важнейшие условия работы магнетрона:

30

40

55

2g. (тК „.) c Q„(Tg g) где Я (ТЕ „) — нагруженная добротность конкурирующих видов колебаний;

Йн(ТЕ. ) — нагруженная доброт и ность рабочего 7 0вида колебаний.

Для этого в конструкции магнетрона коаксиальная ребристая система переходного согласующего устройства 3 выполнена с кольцевыми ребрами

Ч разного диаметра, что позволяет осуществить селективную связь s видах колебаний ТЕ при согласовании и настройке коаксиальной ребристой структуры.

Коаксиальная ребристая система переходного согласующего устройства вывода энергии имеет ряд полос пропускания; в длинноволной части первой полосы пропускания для нулевой пространственной гармоники структуры поля в системе приближается к структуре волны ТЕМ коаксиальной линии, во второй .и последующих полосах пропускания распространяются волны, подобные синфазным волнам типа ТМ о регулярного коаксиального волновода.

Поэтому свойства коаксиальной ребрис той системы -s этих полосах пропускания близки к свойствам диафрагмироввнного волновода с центральным отверстием связи. Так как период коак" сиальной ребристой системы соответствует периоду многоэтажной замедляю щей системы магнетрона, то путем cor ласования входных проводимостей коаксиальной ребристой системы и замедляющей системы на каждом этаже (изменением диаметра кольцевых ребер) возможно добиться наилучших фазовых условий, при которых энергия на всех этапах колебаний TE „ èíoroэтажной замедляющей системы почти полностью трансформируется в ребристую коаксиальную систему. При этом волны типа TE преобразуются в волны типа ТМ д и ТЕМ коаксиальной ли" н о ь- 2ч и где „ — нагруженная добротность йuÎ раоочего вида колебаний; — нагруженная добротность конкурирующего вида колебаний.

Конструкция предлагаемого магнетрона с такой распределенной связью переходного согласуюцего устройства вывода энергии позволяет также получить дополнительные положительные эффекты: получить более равномерную загрузку многоэтажной замедляющей системы по длине анодного блока, что позволяет увеличить контурный-КПД (и как следствие полный КПД прибора); повысить пропускную способность переходного устройства за счет снижения нагрузки на каждом этапе коаксиальной ребристой системы и улучшения условий рассеяния тепловой энергии; увеличить стабильность работы прибора на рабочем виде колебаний (стабильность частоты); уменьшить влияние фазы и КСВН нагрузки за счет перераспределения связи. на всю длину анодной системы; уменьшить связь с катодом за счет лучшей осевой и азимутальной однородности амплитуды высокочастотного поля нагруженной замедляющей системы; повысить механическую устойчивость выходного устройства вывода энергии и прибора в целом; исключить необходимость применения селективных фильтров.

При исследовании и испытании предлагаемой конструкции магнетрона..

74302

10 имеющей многоэтажную трехмерно-периодическую замедляющую систему; получены характеристики, превосходящие .по параметрам наружной добротности характеристики в сравнении с магнетронами, не имеющими переходного сог-. ласующего устройства типа коаксиальной ребристой системы. Выходная мощность и устойчивость работы предлагаемой конструкции увеличены в несколько раз по сравнению с известными конструкциями магнетронов.

Повышение технического уровня дан- ного магнетройа по сравнению с базовым объектом позволяет расширить область его применения в народном хо"

5 зяистве, в частности в сельском хозя йст ве, по внедрению новых высокоэффективных технологических процессов обработки сельскохозяйственных изделий, в СВЧ нагревательных устройст» вах по обработке мясных и рыбных продуктов и.т.д.

1074302

Редактор Е. Гиринская . Техред . A.Êðàâ÷óê, . Корректор И. Самборская

Заказ 790 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101