Двухчастотный сетевой магнетрон

(64) ДВУХЧАСТОТНЫЙ СЕТЕВОЙ МАГНЕТРОН(67) Использование: магнетроны, предназначенныедля СВЧ-нагрева в частности, работаощие непосредственно от внодиого трансформатора без каких-либо выпрямительньа и фильтрующих устройств в цепи анодного питания Цель: упрощениеустройства и повышение стабильности работы Комитет Российской Фед по патентам и товарным Сущност: магнетрон содержит в одном анодном корпусе две резонаторные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотнение в прямоугольном волноводе, вывод энергии выполнен в виде петли связи общей для обеих резонаторных систем, которая образована двумя проводниками, направленными параллельно оси водновода, первые концы которых кондуктивно соединены каждый с соответствующей резонаторной системой через отверстия в корпусе, и поперечным проводником, соединяющим вторые концы параллельных проводников, расположенным параллельно узким стенкам прямоугольного волновода, а вакууьеое уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим для обоих проводников. 2 ил.Изобретение относится к магнетронам, предназначенным для СВЧ-нагрева, в частнос ти к магнетронам, работающих непосредственно от анодного трансформатора, без каких-либо выпрямительных и фильтрующих устройств в цепи анодного питания. Такие "сетевые" магнетроны содержат в своей конструкции две секции, т.е, два многорезонаторных анода и два катода и одно, общее для обеих колебательных систем выходное СВЧ-устройство. Колебательные ячейки магнетрона имеют различные рабочие частоты; благодаря атому достигается равномерность СВЧ-нагрева обрабатываемых дизлектоических материалов,Сетевые двухчастотные магнетроны выполняются как с коаксиальными, так и с волноводными выводами энергии,Недостатком первых является относительно низкий уровень мощности, в связи с чем они применяются, в основном, в медицине. Недостатком вторых является сложность конструкции, связанная с наличием в их конструкции щелевых трансформаторов сопротивлений и волноводных вакуумных уплотнений,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнетрон с волноводным выводом энергии, работающий в диапазоне 12 см, В этом магнетроне электрическая связь примыкающих друг к другу анодов с волноводом осуществлена посредством щелей определенной ширины и длины, расположенных у широких стенок волновода, который, в свою очередь, припаян к корпусу обоих анодов своей торцевой частью. Каждая щель трансформирует волновое сопротивление генераторной секции в волновое сопротивление волновода, а длина щелей выбрана такай, что на частоте одной секции, другая секция является, по сути дела, короткозамыкающей плоскостью. Таким образом осуществлена развязка между генераторными секциями,Недостатки известного магнетрона следующие.Щели связи в выходном трансформаторе сопротивлений, расположенные в вакуумной части прибора, вызывают необходимость применять керамическое вакуумное окно вывода энергии волноводного типа, например так называемого "баночного" окна,Данное вакуумное уплотнение, как известно, обладает собственными резонансами и кроме того, для магнетронов народнохозяйственного применения является дарОгастоящим, Кроме того, как показывает опыт эксплуатации магнетрона,10 15 20 25 30 35 40 такое окно, как и любое другое "перегораживающее" волновод, подвергается напылению .материала с катодов, который оседает на керамику в виде двух полос, соответствующих профилю щелей связи,Данное напыление вызывает температурный градиент в керамике и в конце концов приводит к выходу окна из строя, что является основным фактором, ограничивающим долговечность магнетрона, Сами щели связи, выполненные как в корпусе магнетрона, так и в трансформаторе сопротивлений, имеют сложную П-образную форму и должны быть выполнены с большой точностью, что усложняет производство магнетронов, особенно в том случае, когда встает вопрос об их крупносерийном выпуске.Целью изобретения является повышение надежности, снижение трудоемкости изготовления двухчастотного сетевого магнетрона и устранение указанного резонанса,Цель достигается тем, что в двухчастотном магнетроне, содержащем в одном корпусе две резонансные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотнение в виде керамических изоляторов в прямоугольном волйоводе, вывод энергии выполнен,в виде петли связи, общей для обеих резонаторных систем, которая образована двумя проводниками, направленными параллельно оси волновода, концы которых кондуктивно связаны каждый со своей резонаторной системой через отверстие в корпусе, и поперечным проводником, соединяющим вторые концы параллельных проводников, размещенным параллельно узким стенкам прямоугольного волновода, при этом вакуумное уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим обоих проводников,Сущность изобретения заключается в том, что при питании двухчастотного сетевого магнетрона по двухполупериодной схеме, когда генераторные ячейки работают попеременно и с углом отсечки анодного тока, передачу мощности в волновод от обеих ячеек оказалось возможным осуществить одной и той же магнитной петлей, общей для обеих систем, Расположение петли в центральной плоскости волновода, параллельно его узким стенкам является наиболее благоприятным в отношении возбуждения в волноводе основного типа волны (НО 1). При этом для генерирующей в данный полупериод анодного напряжения системы вторая система, имеющая рабочую частоту, отличающуюся от частоты первой системы на ве 20031951личину не менее - (О, - нагруженная доО,бротность), является короткозамкнутой глоскостью. Такая конструкция выходного устройства позволяет варьировать в относительно широких пределах размерами петли связи без существенного влияния на величину нагруженной и внешней добротности магнетрона. Отсутствие в магнетроне трудновыполненных с необходимой точностью щелей связи и сложного вакуумного окна, а также возможность применения съемного волновода в выводе энергии существенно упрощает его конструкцию и процесс изготовления,На фиг.1 показан магнетрон с двумя вакуумными окнами; на фиг.2 - магнетрон с одним вакуумным окном.Магнетрон содержит 1 - корпус магнетрона, 2 и 3 - отличающиеся по частоте многорезонаторные системы, 4 - катоды; 5 - держатели катодов, б - отверстия в корпусе, через которые пропущены параллельные один другому проводники 7, Одним концом каждый из проводников 7 присоединен к ламели 8 резонаторных систем 2, 3 кондуктивная связь), другие, свободные, концы проводников соединены между собой поперечным проводником 9. имеющим скобообразную или дугообразную форму.Необходимая связь каждой резонаторной системы с волноводом при общей магнитной петле, образованной двумя проводниками 7 и проводником 9, т,е. внешняя добротность магнетрона преимущественно определяется величиной кондуктивной связи каждого проводника с резонаторной системой, Отверстия б в корпусе 1 магнетрона и проводники 7 в области этих отверстий образуют отрезки коаксиалов; поэтому их диаметры выбираются из целостных соображений трансформации волновых сопротивлений резонаторных систем 2, 3 в волновое сопротивление прямоугольного волновода 10, присоединенного своим торцом к корпусу 1 магнетрона таким образом. что в плоскости чертежей оказывается узкая стенка волновода,В варианте магнетрона, показанном на фиг,1, роль вакуумных окон выполняют полые керамические трубки 11, в данном случае имеющие коническую форму, Эти трубки широким основанием припаяны к корпусу 1, узким основанием - к проводникам 7. Вместо трубок конической формы могут быть применены цилиндрические трубки). Такие вакуумные окна широко применяютсяв СВЧ-электровакуумных приборах с коаксиальными выводами энергии. Однако выходные устройства. каждой секции предлагаемого магнетрона нельзя считать коаксиальными, поскольку излучаемая СВЧ-мощность при наличии проводника 9, 5 соединяющего проводники 7, через вакуумные окна непосредственно поступает в объем волноводного выходного устройства.Проводник 9 в этом варианте магнетрона расположен вакуумной части прибора.В варианте магнетрона, показанном нафиг,2, поперечный проводник 9, соединяющий проводники 7, расположен в вакуумной части выходного устройства, что достигается применением общего для обеих колеба тельных систем вакуумного окна 12,выполненного в виде "колпака", припаянного к корпусу 1 магнетрона. В этом случае применен изолятор 13 для механической прочности магнитной петли, условно пока занный на фиг.2 в виде стержня.В обоих вариантах магнетрона волновод 10 может быть выполнен сьемным, т.е.его крепление к корпусу 1 может быть осуществлено не путем пайки, а с помощью 25 винтового крепления. Это не только упрощает конструкцию магнетрона и техноло.гию его изготовления, но в ряде применений может упростить и конструкцию ввода СВЧ- энергии в рабочую камеру СВЧ-печи, так как 30 магнитная петля связи может быть использована непосредственно для возбуждения камеры. Это заключение основано на том, что волновое сопротивление крупногабаритных многомодовых камер в первом при ближении можно считать равнымволновому сопротивлению свободного пространства; в то же время и волновое сопротивление стандартного вол новода прямоугольного сечения, на который рас считана работа магнетрона, незначительноотличается от этого сопротивления. Отметим, что изменение общей длины проводника 9 мало влияет на величину внешних нагружен н ых) добротностей резон вторн ых 45 систем.Работа магнетрона с общей для обеихрезонаторных систем петлей связи основана на укаэанной выше попеременной работе генераторных ячеек с присущим углом 50 отсечки анодного тока каждой ячейки припитании их по двухполупериодной (двухтактной) схеме, В этом случае ВЧ-ток, протекающий по петле связи в течениедлительности работы одной ячейки, замыкается на анод другой ячейки, которая в это время нв генерирует. Через полпериодаанодного напряжения ячейки меняются местами. При этом исключается влияние одной ячейки на другую и обеспечивается незави:имость их генерации при наиболее благо2003195 ствия целесообразнее применять выходное устройство, показанное на фиг,2.Как видно из вышеизложенного обаописанных варианта из-эа отсутствия ваку умного окна полноводного типа и паразитных резонансов в трансформаторе вывода энергии обладают повышенной надежностью, конструкция их выходного устройства по сравнению с прототипом значительно уп рощена, а технология изготовления магнетронов обладает сниженной трудоемкостью.(56) Соколов И,ВМашин Б.Г. Двухчастотный сетевой магнетрон для промышленного 15 применения, Электронная техника, серия 1"Электроника СВЧ", 1972, вып.б.Авторское свидетельство СССРМ 240859, кл. Н 01 3 25/58, 1970 ф 20 Формула и зо бр ете н и яДВУХЧАСТОТНЫЙ СЕТЕВОЙ МАГНЕТРОН, содержащий в одном корпусе две резонаторные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотне ние в прямоугольном волноводе, отличающийся тем, что, с целью упрощения у стройства и повышения стабильности в работе путем устранения паразитных колебаний в выводе энергии, вывод энергии 30 выполнен в аиде петли связи, общей для обеих резонаторных систем, петля связи приятном возбуждении волновода на рабочем типе колебаний. Экспериментальные образцы ма гнет- рона, выполненные по схеме фиг.1 с двумя рабочими частотами в промышленном диапазоне частот 2450 50 Мгц, разнесенными одна от другой на 20-80 Мгц, имели выходную среднюю мощность 5-6 кВт при анодном пиковом напряжении 55 кВ и КПД около 60, Они более просты в изготовлении, чем известный аналог 2,3), В процессе его обследований не были отмечены какие- либо резонансы, связанные с выводом энергии. Для повышения выходной мощности при соответствующем изменении резона- торных систем и пространства взаимодейобразована двумя проводниками, которые направлены параллельно оси волновода и одни концы которых кондуктивно соединены каждый с соответствующей резонаторной системой через отверстие в корпусе, и поперечным проводником, который расположен параллельно узким стенкам прямоугольного волновода и соединен с другими концами параллельных проводников а вакуумное уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим для обоих проводников,2003195 оставитель З.АртикуловаТехред М.Моргентал Кор тор М.Максимишин едактор В.Трубченко Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5