Магнетрон
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Магнетрон

Магнетрон [від греч.(грецький) magnetis — магніт і електрон ], в первинному і широкому сенсі слова — коаксіальний циліндровий діод в магнітному полі, направленому по його осі; у електронній техніці — генераторний електровакуумний прилад СВЧ(надвисокі частоти), в якому взаємодія електронів з електричною складовою поля СВЧ(надвисокі частоти) відбувається в просторі, де постійне магнітне поле перпендикулярне постійному електричному полю.

загрузка...

  Термін «М-коду.» був введений американським фізиком А. Халлом (A. Hull), який в 1921 вперше опублікував результати теоретичних і експериментальних досліджень роботи М. в статичному режимі і запропонував ряд конструкцій М. Генерірованіє електромагнітних коливань в дециметровому діапазоні хвиль (на хвилях  l ³ 29 см ) за допомогою М. відкрив і запатентував в 1924 чехословацький фізик А. Жачек. У 20-і роки вплив магнітного поля на генерування коливань СВЧ(надвисокі частоти) досліджували фізики: Е. Хабан (1924, Німеччина), А. А. Слуцкин і Д. С. Штейнберг (1926—1929, СРСР), К. Окабе і Х. Яги (1928—1929, Японія), І. Ранци (1929, Італія). У 30-і роки дослідження М. як генератора СВЧ(надвисокі частоти) велися в багатьох країнах. Основне завдання цього періоду — збільшення вихідної потужності коливань, що генеруються, — була вирішена в 1936—1937 радянськими інженерами Н. Ф. Алексєєвим і Д. Е. Маляровим під керівництвом М. А. Бонч-Бруєвіча . Вони збільшили потужність М. на 2 порядки (до 300 Вт на хвилі 9 см ) , застосувавши як анод масивний мідний блок, що містить ряд резонаторів. М. такий конструкції називають багаторезонаторним. Ця конструкція М. виявилася настільки досконалою, що в подальші роки у всьому світі розроблялися і випускалися лише багаторезонаторні М. В М. застосовують катод, що має форму полого циліндра, усередині якого розташовується підігрівач. Катод такої форми вперше був запропонований для радіоламп радянським академіком А. А. Чернишевим в 1918. У 30-і роки багато інженерів пропонували для М. катоди у формі порожнистого циліндра, наприклад американський інженер К. Хенсел в 1933 (для М., в якого катод оточує анод), американські інженери Л. Молтер, Дж. Райхман, Р. Гудріч в 1936 (для використання вторинної емісії катода в М.), радянський інженер В. П. Ілясов в 1939 (для багаторезонаторного М.).

  В 40—70-і роки в багаторезонаторний М. інженерами багатьох країн (СРСР, Великобританії, США, Японії і інших) були внесені ряд поліпшень, була розроблена більше тисячі типів багаторезонаторних М., в основному для радіолокації . З кінця 60-х років різко збільшився випуск М. безперервного генерування коливань на хвилі ~ 12 см для нагріву полями СВЧ(надвисокі частоти) в печах побутового призначення (потужністю 0,5—3 квт ) і промислових установках (потужністю 5—100 квт ) . В 1950—1970-і роки на основі багаторезонаторного М. були створені ряд приладів для генерації і посилення коливань СВЧ(надвисокі частоти) (див. Магнетронного типа прилади ) .

  Поширення М. викликане високим ккд(коефіцієнт корисної дії) (до 80%), компактністю конструкції і стабільністю роботи при порівняно невисокій анодній напрузі. На початку 70-х років промислово розвиненими країнами випускаються М. для роботи на різних частотах від 0,5 до 100 Ггц, з потужностями від декількох Вт до десятків квт в безперервному режимі генерування коливань і від 10 Вт до 5 Мвт в імпульсному режимі при тривалості імпульсів головним чином від доль до десятків мксек. М. випускаються як неперебудовувані (фіксована частота), так і перебудовувані в невеликому діапазоні частот (зазвичай менше 10%). Для повільної перебудови частоти застосовуються механізми, що приводяться в рух рукою, для швидкої (до декількох тисяч перебудов в сік ) ротаційні і вібраційні механізми.

  В простій конструкції багаторезонаторного М. ( мал. 1 ) анодним блоком є масивний мідний циліндр з центральним круглим крізним отвором і симетрично розташованими крізними порожнинами (від 8 до 40), що виконують роль об'ємних резонаторів . Кожен резонатор з'єднується щілиною з центральним отвором, в якому розташований катод. Резонатори утворюють кільце коливальну систему . Така система має не одну, а декілька резонансних частот, при яких на кільцевій коливальній системі укладається ціле число стоячих хвиль від 1 до N/2 (N — число резонаторів). Найбільш вигідним є вигляд коливань, при якому число півхвиль дорівнює числу резонаторів (так званий p-вігляд коливань). Цей вигляд коливань названий так тому, що напруга СВЧ(надвисокі частоти) на двох сусідніх резонаторах зрушені по фазі на p . Для стабільної роботи М. (щоб уникнути перескоків під час роботи на інші види коливань, що супроводяться змінами частоти і вихідний потужності) необхідно, щоб найближча резонансна частота коливальної системи значно відрізнялася від робочої частоти (приблизно на 10%). Оскільки в М. з однаковими резонаторами різниця цих частот виходить недостатньою ( мал. 2 , а) , її збільшують або введенням в'язок у вигляді металевих кілець, одне з яких сполучає всі парні, а інше всі непарні ламелі анодного блоку ( мал. 2 , би) , або вживанням коливальної системи (парні резонатори мають один розмір, непарні — інший) ( мал. 2 , в) різнорезонатора .

  В багаторезонаторному М. на електрони, рухомі в просторі між катодом і анодним блоком, діють 3 поля: постійне електричне поле, постійне магнітне поле і електричне поле СВЧ(надвисокі частоти) (системи резонатора). При переміщенні електронів в радіальному напрямі (від катода до анода) енергія джерела анодної напруги перетвориться в кінетичну енергію електронів. Під впливом постійного магнітного поля, направленого по осі катода (перпендикулярно постійному електричному полю), електрони змінюють напрям руху: їх радіальна швидкість переходить в тангенціальну, перпендикулярну радіальною, Оскільки частина електричного поля СВЧ(надвисокі частоти) через щілини резонаторів проникає в простір анод — катод, то електрони при русі в тангенціальному напрямі гальмуються тангенціальній складовій електричного поля СВЧ(надвисокі частоти), і тому їх енергія, отримана від джерела постійної напруги, перетвориться в енергію коливань СВЧ(надвисокі частоти). Поле СВЧ(надвисокі частоти) двічі за період коливань міняє напрям. Для безперервного гальмування електронів необхідно, щоб вони від одного резонатора до сусіднього (у тангенціальному напрямі) переміщалися за півперіоду. Такий синхронізм між переміщенням електронів і гальмівним електричним полем СВЧ(надвисокі частоти) є основним принципом роботи багаторезонаторного М. Електрони, які потрапляють в прискорююче поле СВЧ(надвисокі частоти), збільшують свою кінетичну енергію і випадають з синхронізму. Вони або повертаються на катод, або потрапляють в гальмівне поле СВЧ(надвисокі частоти) і знову входять в синхронізм.

  Типові характеристики М. приведені на мал. 3 . М. починає працювати, коли анодна напруга досягає значення, відповідного початку синхронізму. Із збільшенням напруги умови синхронізму покращуються; сила струму, вихідна потужність і ккд(коефіцієнт корисної дії) М. збільшуються. За оптимальних умов синхронізму ккд(коефіцієнт корисної дії) М. досягає максимуму. Подальше підвищення анодної напруги поступово погіршує синхронізм і супроводиться зниженням ккд(коефіцієнт корисної дії), не дивлячись на збільшення сили струму і вихідної потужності.

 

  Літ.: Алексєєв Н. Ф., Малярів Д. Е., Здобуття потужних коливань магнетроном в сантиметровому діапазоні хвиль, «Журнал технічної фізики», 1940, т. 10, ст 15, с. 1297—1300; Фіск Д., Хагструм Р., Гатман П., Магнетрони, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1948; Бичків С. І., Магнетронниє генератори, Л., 1948; Магнетрони сантиметрового діапазону, пер.(переведення) з англ.(англійський), під ред. С. А Зусмановського, ч. 1—2, М., 1950—51, Коваленко Ст Ф., Введення в електроніку надвисоких частот, 2 видавництва, М., 1955; Самсонов Д. Е., Основи розрахунку і конструювання багаторезонаторних магнетронів, М., 1966.

  Ст Ф. Коваленко.

Мал. 3. Типова робоча характеристика імпульсного магнетрона. Заштрихованими ділянками позначені області відсутності генерації, суцільними лініями — імпульсна вихідна потужність Р і і напруженість постійного магнітного поля Н, пунктирними лініями — ккд(коефіцієнт корисної дії) (без врахування потужності підігрівання катода).

Мал. 2. Види систем резонаторів магнетрона (а — равнорезонаторная без в'язок, би — равнорезонаторная з в'язками, в — різнорезонатор) і графіки розділення їх резонансних частот D=( f p — f n ) /f p , де f p — частота коливань, відповідна p-вігляду коливань, f n — частота коливань, відповідна n-му номеру коливань. У магнетроні 18-резонатора 9-й вигляд коливань є p-віглядом.

Мал. 1. Багаторезонаторний магнетрон простої конструкції (зліва — зовнішній вигляд; справа — розріз): 1 — анодний блок з 8 резонаторами типа «щілина-отвір»; 2 — резонатор; 3 — ламель анодного блоку; 4 — в'язка у вигляді металевого кільця (друге таке ж кільце розташоване на іншому торці анодного блоку); 5 — катод; 6 — виводи підігрівача катода; 7 — радіатор; 8 — петливши зв'язки для виведення енергії СВЧ(надвисокі частоти); 9 — стрижень виведення енергії СВЧ(надвисокі частоти) для приєднання до коаксіальної лінії.