МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЙ МАГНЕТРОН
MULTISEGMENT MAGNETRON

Изобретение относится к области конструирования мощных СВЧ-приборов магнетронного типа.
Многорезонаторный магнетрон является широко применяемым источником мощности в диапазоне СВЧ. Вместе с тем, его возможности ограничены целым рядом факторов. Во-первых, количество резонаторов N нельзя увеличивать произвольным образом, так как это приводит к недопустимому уплотнению спектра резонансных частот и потере устойчивости генерации. Как правило, N≤18. Во-вторых, размеры магнетрона в направлении постоянного магнитного поля в магнетроне традиционной конструкции делаются не превышающими половины рабочей длины волны в свободном пространстве. В силу этих обстоятельств поверхность катода существенно ограничена и максимально достижимая мощность магнетрона при фиксированном анодном напряжении определяется плотностью предельного тока применяемого катодного материала. Увеличение площади катода за счет увеличения длины анода (и, соответственно, катода) неприемлемо из-за резкого увеличения веса магнитной системы.
Ближайшим прототипом изобретения является многорезонаторный магнетрон с анодным блоком, разбитым на несколько азимутальных секций, изолированных друг от друга по высокой частоте и синфазно соединенных между собой внешним по отношению к резонаторной системе устройством (патент ФРГ №1072324). В этом магнетроне секции имеют одинаковое число ячеек и соединены между собой синфазно при помощи резонатора (волновода). Такую конструкцию очень трудно, практически невозможно, реализовать в тех случаях, когда для устранения ограничений по предельному току с катода и увеличения выходной мощности секции анода содержат очень большое число азимутальных ячеек (такое, что поперечные размеры секций больше или равны длине волны в свободном пространстве).
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в достижении на магнетронах высоких значений выходной импульсной мощности без увеличения их габаритов в направлении статического магнитного поля.
Технический результат от применения изобретения заключается в значительном увеличении поперечных размеров анода и катода при сохранении допустимой плотности спектра частот резонаторной системы.
Указанный технический результат достигается в настоящем изобретении, согласно которому в многорезонаторном магнетроне с анодным блоком, разбитым на несколько азимутальных секций, изолированных друг от друга по высокой частоте и синфазно соединенных между собой внешним по отношению к резонаторной системе устройством, в котором внешнее устройство выполнено в виде отрезков передающей линии без дисперсии, имеющих длину, кратную длине волны в свободном пространстве.
Эта передающая линия в частном случае реализации данной конструкции может быть замкнута в кольцо.
Поперечное сечение магнетрона для случая k=2 (k - число секций) показано на фиг.1. Магнетрон состоит из анода 1 и катода 2. В конструкции анода из резонаторов 3 образованы две секции 4, по N резонаторов в каждой, разделенные по ВЧ-полю разрывами 5. Через устройства связи 6 они подсоединены к коаксиальной линии 7. Геометрические размеры подобраны таким образом, что длина соединительной линии L отвечает соотношению
где n=1, 2, 3, ….
λ - длина волны в свободном пространстве.
Частный случай реализации данной конструкции, когда соединительная линия замкнута в кольцо, для случая k=3 показан на фиг.2. Для данной конструкции также выполняется соотношение (1), обеспечивающее синфазность секций на рабочем виде колебаний.
p
n
Устойчивость работы магнетрона обеспечивается за счет достаточного разделения δ между рабочей частотой f и частотой нежелательного вида колебания f
а
amin
Количество ячеек в секции N выбирается таким, чтобы разделение δ между рабочим π - видом (номер вида q=N/2) и нежелательным видом, каковым является ближайший азимутальный вид (q=N/2-1), было больше минимально допустимого значения δ.
Таким образом, за счет соединения секций с помощью недиспергирующей линии обеспечена возможность увеличения числа секций р, каждая из которых содержит максимально возможное с точки зрения требований к частотному спектру число ячеек N, увеличения поперечных размеров анода и катода и выходной мощности магнетрона.
Это открывает путь увеличения выходной мощности магнетронов, у которых осевой размер пространства взаимодействия по каким-либо причинам ограничен, например размерами и весом магнитной системы.