Магнетрон

(51)5 Н 01 Л 25/ ОПИС Е ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ связанных но из усл макс де Рмакс2. Магн ющиися чения связи добротности колебаний м де, замедля го переходн ва выполне разного диа СВЧ прибо держащим замедляю- длинном ющее коаксиальное устройство вывода энергии.Известна конструкция магнетрона, в котором высокочастотная мощность . выводится в нагрузку с торца замед" е согласу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И аКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСИОЬ У С 1(54)(57) 1, МАГНЕТРОН, содержащийанодную многоэтажную замедляющую систему со связкамикоаксиальное переходное согласующее устройство вывода энергии, соеаиненное со связками,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения выходной мощностимагнетрона с устойчивым возбуждениемна рабочем виде колебаний, частькоаксиального переходного согласующего устройства выполнена в виде многоэтажной одномерно-периодическойребристой замедляющей системы, приэтом периоды замедляющих систем равнымежду собой, а ребра замедляющейсистемы коаксиального переходногосогласующего устройства расположеныпротив связок анодной многоэтажнойзамедляющей системы и соединены .с ними, причем максимальное число Изобретение относитсярам магнетронного типа,многоэтажную периодическщую систему со связкамианодном блоке и переходн 2тажей обеих систем выбраня: Н- ма ксимальное число сванных этажей;- индекс конкурирующего вида колебаний волны типа ТЕ; - высота этажа анодной многоэтажной замедляющей системы (расстояние между связками этажей, равное расстоянию между ребрами коаксиальной ребристой системы); - длина анодной замедляющей системы. етрон по п.1, о т л и ч атем, что, с целью увели и получения нагруженной на конкурирующих видахьмфь еныще чем на рабочем ви ющая система коаксиально- м 1ого согласующего,устройст- ,ф на с кольцевыми ребрами метра.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 согласующее коаксиальное устройство вывода энергии обеспечивает сильную и равномерную по азимутусвязь 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 широкойполосе частот для различных видов колебаний типа ТЕ,пп в магнетроне с многоэтажной периодической замедляющей системой, Это приводит к недостаточной загрузке конкурирующих видов колебаний и неустойчивой работе прибора на рабочем ТЕ. И (и 0) виде 25 колебаний;уторцовая связь вывода энергии с замедляющей системой не обеспечивает. получение одинаковой нагруженной добротности рабочего ТЕвида колебаний по всей длине многоэтажной замедляющей системы, что приводит к снижению КОД прибора;торцовое переходное согласующее коаксиальног устройство вывода энер 35 гии имеет достаточно сильную электрическую связь с катодом, что приводит к опасному и нежелательному при эксплуатации магнетрона излучению СВЧ мощности через катодные изолято ры, к ухудшению стабильности работы прибора и аппаратуры, к снижению КПД, .мощности 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. 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 систе 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 (тп = ОР 1,2 Р.в.п = 2, -- 1 .)Н Нмногоэтажной 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 50 ТЕ й колебаний и остальные конкури 2рующие 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 замедляющую систему со связками, коаксиальное согласующее переходное устройство вывода энергии,2 6тично - в виде коаксиальной ребристой системы (одномерно-периодической замедляющей системы), состоящей иэ кольцевых ребер 4, периодически рас-положенных.на внутреннем проводнике 5 коаксиального переходного согласующего устройства 3. Кольцевые ребра )1 .Iмогут также располагаться на внешнем проводнике с его внутренней стороны 7;При этом период Ьр коаксиальной ребристой системы равен периоду Ьс анодной эамедляюцей системы 1, а ребра М и связки 2 соответствующих эта" жей 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 в анод" ной замедляющей системе 1 Катод 10 магнетрона расположен коаксиально анодной замедляющей системе. 107430 ной одномерно-периодической коаксиальной ребристой замедляющей системы, при этом периоды замедляюцих систем равны между собой, а ребра замедляющеи системы коаксиального переходноч5 го 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: НР т е щ)мдк (1 + )1 тЭта часть длины анода составляетНвеличину ,1 + щ. 15 где Рдк - максимальное число свя занных этажей;- индекс конкурирующеговида колебаний волны 20типа ТЕ;Ь- высота этажа анодной засмедляющей системы (расстояние между связкамиэтажей, равное расстоя-.нию между ребрами коаксиальной ребристой системы);Н .- длина анодной замедляю"щей системы. , 30Укаэанная цель достигается также. тем, что замедляющая система коаксиального переходного согласующего, устройства выполнена с кольцевыми ребрами разногодиаметра 35На фиг. 1 представлен один из,возможных вариантов констоукции магнетрона с коаксиальным переходным согласующим . устройством вывода энергии, выполненным в виде многоэтажной одномерно 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 Ь между. этажами. Анодная замедляющая систе ма 1 электрически связана с коаксиальныи 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.часв Иаксимальное число связанных эта"жей обеих замедляюцих систем выбранопо Формуле: где Рцс - максимальное число свя, занных этажей;в=О, 1,2 - индекс конкурирующеговида колебаний типа ТЕ К1Ьс - высота этажа аноднойзамедляющей системы;Н " длина анодной замедляю"цей системы.Формула выведена с учетом Фазовыхи амплитудных характеристик распреде-,ления высокочастотного поля по длинеанодной системы конкурируюцего вида колебаний волны типа ТЕ 8,ФКоаксиальная ребристая система связана с анодной системой на той части длины анода, где мгновенное распределение высокочастотного по" ля,конкурирующего вида изменяет вдоль оси свою амплитуду, но не меняет Фазы.7 1074302Согласно широкоизвестному условию устойчивого возбуждения и генерации мощности на рабочем виде колебанийл(например, на и О - виде), конкурирующие виды необходимо "связыватьн с выводом энергии сильнее, цем 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 двумернопериодицескими, трехмерно-периодическими замедляющими системами, имеющими длинный аноднь 1 й 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; 20 30 35 40 50 2 Я.(ТЕ .) с С(ТЕ ц ) где Яи(ТЕ) - нагруженная добротность конкурирующихвидов колебаний;Яи(ТЕ. ) - нагруженная добротй ность рабочего 7 0 вида 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 в 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 -в 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 сог 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 ТЕ многоэтажной замедляющей системы почти полностью трансформируется в ребристую коаксиальную систему, При этом волны типа ТЕ преобразуются в волны типа ТМ о и ТЕМ коаксиальной ли 25 45 55 Обмоь ж,где 0 - нагруженная добротностькцОраоочего вида колебаний;- нагруженная добротностьконкурирующего вида колебаний,Конструкция предлагаемого магнетрона с такой распределенной связьюпереходного согласующего устройствавывода энергии позволяет также получить дополнительные положительныеэффекты:получить более равномерную загрузку многоэтажной замедляющей системыпо длине анодного блока, что позволя"ет увеличить контурный КПД (и какследствие полный КПД прибора);повысить пропускную способностьпереходного устройства за счет снижения нагрузки на каждом этапе коаксиальной ребристой системы и улучшенияусловий рассеяния тепловой энергии;увеличить стабильность работы приборана 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 счетлучшей осевой и азимутальной однородности амплитуды высокочастотногополя нагруженной замедляющей системы;повысить механическую устойчивостьвыходного устройства вывода энергиии прибора в целом;исключить необходимость применения селективных фильтровПри исследовании и испытаниипредлагаемой конструкции магнетрона.,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"чзяистве, в частности в сельском хозяйстве, по внедрению новых высокоэффективных технологических процессов обработки сельскохозяйственных изделий, в СВЧ нагревательных устройствах по обработке мясных и рыбных про" дуктов и.т.д,11074302 Редактор Е, Гирин я . Техред . Ь.Кравчук КоРРектоР М.Самборская ска иэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1 Заказ 90 . ТиражВНИКНИ Государственного комитета по изобретениям и 11303 5, Мос ква, Ж5, Раушс кая на 6 Подписноерытиям при ГКНТ СССР4/5