ГЕНЕРАТОР МАГНЕТРОННОГО ТИПА

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 ограничены возможностями технологического оборудования, используемого в их производстве. В сипу этих обстоятельств поверхность катода оказывается существенно ограниченной, и максимально достижимая мощность магнетрона при фиксированном анодном напряжении определяется плотностью предельного тока применяемого катодного материала.
Данную трудность неоднократно пытались обойти путем суммирования мощностей нескольких одинаковых магнетронов в общем выходном тракте (например, патент США №3273074 кл.331-50. и патент США№3324341 кл.335-39.69).
Проблема повышения устойчивости работы параллельно работающих магнетронов может быть облегчена за счет последовательного соединения парциальных магнетронов линейным трактом, как это предложено сделать в генераторе по патенту США №3273074 кл.331-50. Его достоинством является то, что каждый магнетрон связан непосредственно не более, чем с двумя другими магнетронами. Тем не менее, для обеспечения устойчивой работы генератора этого не достаточно, так как в области рабочей частоты спектр видов будет очень плотным.
Ближайшим прототипом полезной модели является генератор магнетронного типа, состоящий из k одинаковых магнетронов, соединенных между собой передающей линией, в которой суммируются их выходные мощности (патент США №3324341 кл.335-39.69). Генератор представляет собой плоскую матрицу, составленную из одинаковых магнетронов, работающих на общий волновод. Недостатком конструкции прототипа является очень плотный спектр видов колебаний резонаторной системы, в связи с чем практически невозможно обеспечить устойчивую генерацию на одной частоте. Для обеспечения устойчивости работы генератора необходима отработка конструкции и параметров устройства, связывающего магнетроны между собой.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в достижении в конструкции генератора магнетронного типа высоких значений выходной мощности за счет суммирования выходных мощностей нескольких одинаковых магнетронов.
Технический результат от применения полезной модели заключается в значительном увеличении суммарных площадей анода и катода генератора при сохранении допустимой плотности спектра частот его электродинамической системы вблизи рабочей частоты.
Указанный технический результат достигается в генераторе магнетронного типа, состоящем из k одинаковых магнетронов (k≥2), работающих на основной частоте, соединенных между собой внешним по отношению к их резонаторным системам устройством, выполненным в виде отрезков передающей линии, имеющих на рабочей частоте электрическую длину, кратную длине волны в этой передающей линии.
Эта передающая линия в частном случае реализации конструкции может быть замкнута в кольцо.
Парциальные магнетроны могут каждый иметь индивидуальную вакуумную оболочку и общую внешнюю невакуумированную соединительную линию.
Длины отрезков линии, соединяющих между собой каждую пару магнетронов - L на рабочей частоте отвечают соотношению:
где: n=1, 2, 3, ….
Λ - длина волны в передающей линии на рабочей частоте.
Но возможно также и размещение парциальных магнетронов и соединительной линии в едином вакуумном объеме. На фиг.1 именно такой вариант исполнения представлен в качестве примера. Генератор состоит из четырех одинаковых модулей, каждый из которых является парциальным магнетроном, состоящим из соосных анода 1 и катода 2, помещенных в однородное направленное вдоль оси постоянное магнитное поле. Аноды парциальных магнетронов соединены между собой через устройства связи 3 посредством замкнутой в кольцо двухпроводной линии 4. Диаметр кольца выбирается таким образом, что длина периметра отрезка двухпроводной линии L, соединяющего каждую пару модулей отвечает соотношению (1).
св
св
Кроме того, конструкция устройств связи 3 выбирается таким образом, чтобы обеспечивать большую величину коэффициента связи резонатора с полосковой линией К (К≈1).
Все устройство заключено в общую вакуумную оболочку 5. Вывод энергии осуществляется через два окна 6.
св
0
п
Генератор магнетронного типа работает следующим образом. При подаче на катоды 2 отрицательного напряжения, равного рабочему, и при рабочей температуре катодной поверхности, происходит их самовозбуждение на рабочей частоте. Параметры электродинамической системы парциального генератора выбраны таким образом, чтобы обеспечить устойчивость его работы на основном (π-виде) колебаний в индивидуальном режиме. При соединении k парциальных магнетронов отрезками передающих линий, каждый из видов парциального магнетрона будет расщеплен на k видов объединенного генератора, и спектр последнего станет более плотным, но если коэффициент связи К≈1, а длины отрезков на рабочей частоте генератора отвечают условию (1), то соединительные линии будут вносить в резонаторную систему каждого парциального магнетрона реактивную проводимость, значительно увеличивающую частоты всех k-1 видов колебаний, кроме рабочего (основного) вида, и разделение рабочей f и ближайшей паразитной f частот генератора будет достаточным для устойчивой работы генератора.
Соединение магнетронов с помощью отрезков линий резонансной длины гарантирует синфазность ВЧ колебаний в них, позволяя складывать мощности парциальных магнетронов, тем самым обеспечивая возможность увеличения выходной мощности генераторов магнетронного типа.
В случае размещения парциальных магнетронов в индивидуальных вакуумных объемах они могут иметь как индивидуальные, так и общую магнитные системы, а соединительный тракт может быть или разомкнут, или замкнут в кольцо.
Во всех случаях соединение магнетронов эквивалентно кратному увеличению площадей анода и катода магнетронного генератора.