..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..
Одним из наиболее распространенных СВЧ-генераторов является магнетрон. Магнетроны позволяют' получить мощность в импульсе, измеряемую мегаваттами. Магнетроны используются в радиолокации. Другой областью применения магнетронов является СВЧ-нагрев различных материалов. Такие магнетроны обладают непрерывной мощностью генерации от единиц до сотен ватт и используются в промышленности и в бытовой технике (СВЧ-печи).
Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу, в которой электроны движутся под действием двух взаимно перпендикулярных полей: электрического и магнитного. Под действием силы Лоренца траектории движения электронов искривляются. В теле анода делают симметрично расположенные по окружности отверстия или прорези (рисунок 2.21, б), в результате чего анод превращается в несколько (от 6 до 40) связанных между собой резонаторов СВЧ. Часть анодного блока, заключенная между двумя соседними прорезями, называется сегментом.
Рисунок 2.21 - Магнетрон: а - структура; б - анодный блок
СВЧ-колебания в магнетроне поддерживаются за счет энергии источника постоянного напряжения U0, включенного между анодом и катодом. С помощью электронного потока, ускоряемого постоянным электрическим полем между анодом и катодом и взаимодействующего с переменным электрическим полем вблизи щелей резонаторов, энергию от источника напряжения удается передать потоку электронов, а затем полю волны в резонаторе. Такую направленную передачу энергии можно осуществить, если электронный поток взаимодействует с переменным электрическим полем определенной фазы. Для этого электронный поток должен быть сгруппирован в сгустки, время прохождения которых вблизи щели резонатора совпадало бы со временем существования там поля в нужной фазе.
В магнетроне движение электронов от катода к аноду происходит не во всех азимутальных направлениях равномерно, что связано с различием знаков переменного напряжения на сегментах. Потоки электронов к аноду создаются лишь в некоторых областях пространства взаимодействия между анодом и катодом, образуя электронные спицы. Количество спиц зависит от характера высокочастотных колебаний и равно половине числа резонаторов. Электроны в спице перемещаются от катода к аноду по сложным петлеобразным траекториям, поскольку характер их движения определяется суммарным воздействием постоянного и переменного электрических полей и постоянного магнитного поля. Спицы вращаются в пространстве со скоростью, зависящей от частоты колебаний и фазовых соотношений для полей двух соседних резонаторов. В моменты прохождения спицы мимо резонатора электроны передают часть своей энергии полю резонатора. Электроны, отдавшие свою энергию полю, непрерывно уходят на анод, а спицы пополняются новыми электронами, эмитированными катодом. Возбуждение колебаний в одном из резонаторов магнетрона приводит к возникновению колебаний в остальных. Энергия из колебательной системы отводится в нагрузку с помощью коаксиальной линии с петлей связи в резонаторе или волноводной линии через щель в стенке резонатора, закрытую стеклянной или керамической вакуумной перегородкой.
..:: | Назад | Содержание | Далее | ::..