Многорезонаторный магнетрон с симметричным нагружением

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН С СИММЕТРИЧНЫМ НАГРУЖЕНИЕМ, содержащий ламельную многорезонаторную систему, синфазные ламели которой соединены с проводниками паукообразного вывода энергии, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности, число проводников вывода энергии и точки соединения этих проводников с соответствующими ламелями выбраны из следующих условий:


I₀(kr_i) M₁I₀(kr_n) + (1 - M_i)I₀(kr_n/2);

i 1,2,n;

i 2,3,n-1;



где n число проводников паукообразного вывода энергии;
N число ламелей многорезонаторной системы;
l рабочая длина волны, м;
I₀(x) функция Бесселя;
r_i расстояние от оси системы до точки соединения i-го проводника с соответствующей ламелью, м;
r_N/2 расстояние от оси системы до точек подключения проводников вывода энергии при соединении проводников с N/2 ламелями, м;
r_n расстояние от оси системы дл точек подключения n проводников, при котором обеспечивается такой же коэффициент связи, что и при соединении с N/2 ламелями, м;
N_i,i+1 количество резонаторов между ламелями, соединенными с i-м и (i + 1)-м проводниками вывода энергии.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к генераторам СВЧ-колебаний многорезонаторным магнетронам.
Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение технологичности за счет уменьшения необходимого количества проводников паукообразного вывода энергии при сохранении азимутальной симметрии электромагнитного поля в многорезонаторной системе. При этом обеспечивается повышение КПД магнетрона и стабильности при работе на рассогласованную нагрузку.
На фиг. 1 показано изменение высокочастотного потенциала в радиальном направлении для сильно и слабо нагруженных резонаторов; на фиг.2 расположение контактных точек паукообразного вывода энергии в случае подключения трех проводников к ламелям десятирезонаторного анодного блока; на фиг.3 расположение точек контакта трех проводников при подключении к ламелям 16-резонаторной системы; на фиг.4 расположение контактных точек четырех проводников, подключенных к ламелям 20-резонаторной системы.
Многорезонаторный магнетрон содержит анодный блок 1 с ламелями 2, образующий многорезонаторную систему. С ламелями 2 соединены проводники 3 паукообразного вывода 4 энергии. При этом точки 5 и 6 соединения этих проводников с ламелями выбираются на основе соответствующих соотношений.
Данный многорезонаторный магнетрон работает как обычный магнетрон. Особенности работы при использовании паукообразного вывода энергии определяются тем, что интенсивность связи резонаторной системы с нагрузкой определяется расположением точки контакта вывода энергии с ламелью анодного блока. На основании соотношений, определяющих радиальное распределение электромагнитного поля, нужно считать, что изменение высокочастотного потенциала подчиняется закону функции Бесселя первого рода нулевого порядка I_o(kr).
Изменение высокочастотного потенциала в радиальном направлении показано на фиг. 1, где 5 и 6 контактные точки проводников 3 паукообразного вывода 4 энергии с ламелями 2 анодного блока 1. Изменение высокочастотного потенциала соответствует функции Бесселя, а его значение в точке контакта зависит от степени нагружения резонатора и определяется коэффициентом С, т.е. высокочастотный потенциал равен СI₀(kr). С увеличением нагружения он уменьшается, т. е. чем сильнее нагрузка, тем меньше значение С. Так, на фиг.1 значение С₁ соответствует слабой нагрузке, а С₂ более сильному нагружению. Поэтому точки 5 и 6, расположенные на различных радиусах r₁ и r₂, имеют одинаковые мгновенные потенциалы.
Для обеспечения практически приемлемого азимутально-симметричного нагружения N-резонаторной системы паукообразный вывод энергии может состоять из числа проводников менее N/2, при этом возникают особенности, которые рассматриваются ниже.
В общем случае количество проводников может быть равно
n N/2p, (1) где р 1,2,3.
Например, в 12-резонаторной системе вместо n N/2 6 может быть использовано три или два проводника. Другие примеры возможных значений n приведены в таблице.
В таблице выделены числа резонаторов N, при которых геометрическая симметрия, возможна при наличии трех или четырех проводников. Использование двух проводников для -вида колебаний возможно лишь при N, кратном четырем.
Из уравнения (1) следует, что при N/n 2р геометрическая симметрия отсутствует. Из таблицы видно, что геометрическая симметрия не обеспечивается при n 3 для N 10,16,20,32 и 40, а при n 4 для N 10,12,18,20 и 36. Отсутствие азимутально-симметричной геометрии должно приводить к нарушению азимутальной симметрии распределения электромагнитного поля в пространстве взаимодействия магнетрона и снижению эффективности и устойчивости его работы. Азимутально-симметричное распределение поля достигается тем, что точки подключения проводников к ламелям находятся на различных расстояниях от оси резонаторной системы в зависимости от степени нарушения азимутальной симметрии в соответствии с соотношением
I_o(kr_i) M_iI_o(kr_n) + (1-М_i) I_о (kr_N/2), (2) где M_i n(N_i-2)/(N-2n); k 2 / ; r_i расстояние от оси резонаторной системы до точки подключения i-го проводника; N количество резонаторов; длина волны; n количество проводников вывода энергии; r_N/2 радиус окружности, являющейся геометрическим местом точек подключения N/2 проводников к ламелям в магнетроне-прототипе; r_n радиус окружности, являющейся геометрическим местом точек подключения n проводников к ламелям для обеспечения той же степени связи, что и в магнетроне с N/2 проводниками в выводе энергии; N_i количество резонаторов между плоскостями симметрии, охватывающими соответствующие точки подключения, N_i= i 2, n-1; N₁= N_n= где N_i,i+1 число резонаторов между i-м(i+1)-м проводниками.
При наличии проводников обеспечение электромагнитной симметрии в отсутствиe геометрической симметрии невозможно. Итак, изобретение относится к случаям, когда отношение количества резонаторов к числу проводников не является четным, а используемое число проводников паукообразного вывода энергии более двух, но менее N/2.
Предлагаемое конструктивное решение улучшает азимутальную симметрию электромагнитного поля в пространстве взаимодействия магнетрона в отсутствие геометрической симметрии паукообразного вывода энергии, что позволяет повысить КПД магнетрона и устойчивость его генерации при работе на рассогласованную нагрузку.
Итак, при использовании трех проводников в десятирезонаторной системе (фиг.2) между контактными точками 7 и 8 находятся четыре резонатора, а между точками 8 и 9 расположены два резонатора. Для -вида колебаний одинаковые мгновенные потенциалы при фиксированном радиусе имеют место на четных и нечетных ламелях, если все резонаторы нагружены равномерно. Очевидно, что в рассматриваемом случае при расположении трех точек контакта на одинаковом расстоянии от оси резонаторной системы азимутальное распределение вносимой нагрузки оказывается неравномерным. Та часть резонаторной системы, где соседние контактные точки близки между собой, нагружена сильнее. Для равномерного распределения нагрузки точку 7 контакта в отдаленной ламели следует сдвинуть в сторону более сильной связи, чем контактные точки 8 и 9 в лaмелях, симметрично расположенных относительно точки 7 с малым расстоянием между собой. При этом, как отмечалось выше (фиг.1), все контактные точки находятся под одинаковыми мгновенными потенциалами.
Для определения интенсивности нагружения различных участков резонаторной системы ее разбивают на секторы, охватывающие контактные точки. Границы секторов, являющиеся плоскостями симметрии, показаны штрихпунктирными линиями на фиг.2. Для магнетрона, работающего на -виде колебаний, контактные точки располагаются по азимуту через четное число резонаторов. Поэтому между границами вышеупомянутых секторов укладывается целое число резонаторов. Секторы, охватывающие контактные точки, нумеруют так же, как и точки, а их ширину определяют числом резонаторов.
Так, на фиг.1 трем контактным точкам соответствуют секторы N₁ 4 и N₂ N₃ 3 от оси резонаторной системы. В этом случае при N 10 и n 8 M_i n(N_i-2)/(N-2n) 3/4 (N_i-2); т.е. при N₁ 4 М₁ 3/2, а при N₂ N₃ 3 М₂ М₃ 3/4.
Допускают, что в прототипе при n N/2= 5 r_N/2 13 мм, а эксперимент с n 3 дает ту же степень связи при r_n 12 мм, тогда с помощью уравнения (2) получают
I_o(kr₁) 3/2 I_o(k ^.12) 1/2I_o(k ^.13) и I_o(kr₂₎ 3/4 I_o (k ^.12) + 1/4 I_o (k ^.13).
Если 120 мм, то k 2 / /60 и I_o(k ^.12) 0,907, а I_o(k ^.13) 0,89, т. е. I_o(kr₁₎0,9154 и r₁ 11,4 мм, а I_o(kr₂₎ 0,9027 и r₂r₃ 12,3 мм. Итак, смещая проводники с окружности радиуса r_n 12 мм на расстояния r₁ 11,4 мм и r₂ 12,3 мм в соответствии с фиг.2, обеспечивают азимутально-симметричное нагружение резонаторной системы в отсутствие азимутально-симметричного расположения проводников паукообразного вывода энергии.
На фиг. 3 также имеются три проводника, но подключены они к 16-резонаторной системе. Здесь N₁ 6, N₂ N₃ 5, т.е. M_i3(N_i-2)/(16-2 3) 0,3 (N_i-2). Поэтому при N₁₌ 6 М₁ 1,2, а при N₂ N₃ 5 М₂ М₃ 0,9. При наличии четырех проводников для N20, как показано на фиг.4, наибольшую связь нужно обеспечить в контактной точке 10, а наименьшую при контакте в точке 11. В точках 12 и 13 степень связи должна иметь промежуточное значение. Действительно, используя выражение М_i n(N_i-2)/(N-2n), получают при N₁ 6 М₁ 4(6-2)/(20-2^. 4)4/3, при N₂ N₃ 5 М₂ М₄ 4(5-2)/(20-2 ^.5)= 1 и при N₃ 4 М₃= 4(4-2)/(20-2 ^.4) 2/3.
Из приведенных примеров видно, что значение М_i характеризует степень связи.
Итак, замена существующего паукообразного вывода энергии на предлагаемый позволяет получить азимутально-симметричное распределение нагрузки, вносимой в резонаторную систему магнетрона при малом числе проводников паукообразного вывода энергии. Это приводит к улучшению условий взаимодействия электронов с высокочастотным полем многорезонаторной системы, в результате чего повышается КПД магнетрона и устойчивость его генерации при работе на рассогласованную нагрузку. Последнее особенно важно для магнетронов бытовых СВЧ-печей, которые работают без развязки между магнетроном и рабочей камерой печи.
Упрощение конструкции вывода энергии и уменьшение расхода материала за счет уменьшения числа проводников вывода энергии дают наиболее существенный выигрыш при массовом производстве подобных магнетронов.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к генераторам СВЧ-колебаний - многорезонаторным магнетронам. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение технологичности за счет уменьшения необходимого количества проводников паукообразного вывода энергии при сохранении азимутальной симметрии электромагнитного поля в многорезонаторной системе. Симметрия электромагнитного поля достигается за счет расположения точек соединения проводников паукообразного вывода энергии с ламелями анодного блока в соответствии с соотношениями формулы изобретения. Упрощение конструкции вывода энергии и уменьшение расхода материала за счет уменьшения числа проводников вывода энергии дают наиболее существенный выигрыш при массовом производстве подобных магнетронов. 1 табл. 4 ил.