Большая Энциклопедия Нефти и Газа. 2 магнетрона в резонансе

2.2. Метод магнетрона

Удельным зарядом электрона называется отношение величины его заряда е к массе m. В данной работе удельный заряд электрона определяется методом магнетрона. Устройство и принцип работы магнетрона приведены на рисунке 2.3.

Рис. 2.3

1 – соленоид, 2 – диод, 3 – анод, 4 – катод

Магнетрон представляет собой двухкатодную электродную лампу 2 (диод) с цилиндрическим катодом 3 и коаксиальным с ним цилиндрическим анодом 4. Лампа помещена в однородное магнитное поле, силовые линии которого направлены параллельно образующим электродов. Магнитное поле создается соленоидом 1.

Катод нагревается нитью накала и испускает (имитирует) электроны. Если к электродам подключить источник питания («+» к аноду, «–» к катоду), то в промежутке между электродами образуется электрическое поле, линии напряженности которого будут направлены по радиусам от анода к катоду. В магнетроне магнитное и электрическое поля взаимно перпендикулярны.

Если магнитное поле отсутствует, то электроны под действием электрического поля движутся прямолинейно от катода к аноду (рисунок 2.4, а) и в анодной цепи возникает анодный ток, зависящий от анодного напряжения и тока накала. Если, не меняя анодного напряжения и тока накала, приложить небольшое магнитное поле в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа (рисунок 2.4, б), то под действием этого поля траектория электронов искривляется, но все электроны в конечном счете попадут на анод и в анодной цепи будет протекать такой же анодный ток, как и в отсутствии магнитного поля. По мере увеличения магнитного поля траектория электронов будет все больше искривляться и при некотором значении , называемом критическим магнитным полем, траектории электронов будут касаться анода, при дальнейшем движении электроны снова возвратятся на катод (рисунок 2.4, в).

Таким образом, при анодный ток резко падает до нуля. При дальнейшем увеличениитраектории электронов будут еще больше искривляться (рисунок 2.4, г) и, следовательно, анодный ток будет оставаться равным нулю.

Зависимость анодного тока от величины индукции магнитного поля при постоянном токе называется сбросовой характеристикой магнетрона. Вертикальный сброс анодного тока при (сплошная кривая, рисунок 2.3) справедлив в предположении, что электроны покидают катод со скоростями, равными нулю. В реальных условиях электроны имеют разброс по тепловым скоростям, поэтому резкой сбросовой характеристики не получается, и она имеет вид кривой, изображенной пунктирной линией (рисунок 2.3).

В пространстве между катодом и анодом напряженность электрического поля такая же, как и в цилиндрическом конденсаторе, следовательно

, (2.11)

где – разность потенциалов между анодом и катодом,и– радиусы анода и катода,– расстояние от оси катода до исследуемой точки.

В магнетроне радиус катода много меньше радиуса анода. При условии »из формулы (2.11) следует, что напряженность поля, максимальная у катода, с увеличениембыстро уменьшается до нуля. Поэтому основное изменение скорости электронов происходит вблизи катода и при дальнейшем движении их скорость будет изменяться незначительно. Приближенно можно считать, что в этом случае электроны движутся в магнитном поле с постоянной по величине скоростью и, следовательно, их траектории будут близки к окружности. Предполагая, что траектория электрона при –окружность, радиус которой приближенно можно считать равным , и используя уравнение (2.7), получаем формулу для магнитной индукции критического магнитного поля

. (2.12)

Магнитное поле работы не совершает , поэтому кинетическая энергия электрона равна работе сил электрического поля, следовательно,

, (2.13)

откуда скорость движения электронов равна

. (2.14)

Из соотношений (2.12) и (2.14) получим формулу для удельного заряда электрона

(2.15)

где rа = 4 мм – радиус анода.

studfiles.net

ДРЕЙФОВО-ОРБИТАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ В МАГНЕТРОНАХ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН

Кулагин О. П., Ерёмка В. Д.

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова Национальной Академии наук Украины ул. Академика Проскуры,12, Харьков 61085, Украина Fax: 38-0572-441-105 E-mail: [email protected]

Введём безразмерную переменную:

где Uнкритическая разность потенциалов между анодом и катодом (напряжение отсечки).

Тогда в безразмерном виде можно записать:

I

В графической форме выражения (6), (17), (18), (20) представлены на рис. 1а, б.

На рис.1а нанесены характеристики магнетронов, работающих в ж -режиме на 0-й пространственной гармонике: классических (крестики) и неклассических (кружочки режим «слабых полей»). Как видно из рис.1, для классических магнетронов характерно: h = В/Вн    (Вн критическое магнитное поле) и Ь = В/В1 > 3-3.5. Другой важной особенностью таких приборов является соотношение: с >

0.           6-0.7 (см. Таблицу 1, [4]).

Параметры неклассических магнетронов, работающих в режиме «слабых полей» приведены в Таблице 2. Экспериментальные данные под номерами 14 взяты из работы [4], под номером 5 из [5], под номером 6 из [10]. Рабочие точки нанесены на рис. 1а. На рис. 1Ь нанесены характеристики «неклассических» магнетронов в режимах пространственных гармоник (треугольники) [11 ].

Таблица 1.

Таблица 2.

Из рисунков 1а, b видно, что рабочие точки всех «неклассических» магнетронов (и в режиме «слабых полей» и в режиме «пространственных гармоник») находятся вблизи кривых дрейфово-орбитальных резонансов, соответствующих низкоорбитному случаю. Для них выполняется Ua>Uw. Кроме того для этих приборов характерно: 0.3< с <0.6-0.7 и Ъ = В/Вг < 2.5-3 [4, 5, 10, 11].

Все некпассические магнетроны работают в диапазоне 1 <h< 1.6-1.7 и не возбуждаются при больших значениях h. Наиболее вероятная причина в том, что для начала эффективного взаимодействия, диаметр орбиты электрона, по которой происходит вращение с частотой Q2 (для низкоорбитного случая малая орбита), должен достичь предельной величины Cl0min. При увеличении магнитного поля, рабочего напряжения оказывается недостаточно для выполнения этого требования т.е. потенциал формирования пучка оказывается выше напряжения между анодом и катодом: Uw> Uа.

V.  Заключение

На основе сравнения экспериментальных данных с расчётными, можно заключить, что принцип работы «неклассических» магнетронов, с большой долей вероятности, основан на использовании дрейфовоорбитальных резонансов в низкоорбитном режиме. Оптимизация таких приборов требует формирования электронного потока с особыми параметрами. В качестве необходимого средства, может рассматриваться электронно-оптическая система, задающая параметры потока электронов на входе в область взаимодействия.

VI.  Список литературы

[1]    Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых волн. Под ред. А.Я. Усикова.

К.: Наукова думка, 1986 368 с.

[2]    В. Д. Ерёмка, Г. Я. Левин, С. Н. Терехин, О. П. Кулагин. Магнетроны и магнетронные триоды миллиметрового диапазона. — В кн.: 8-я Международная Крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии” (КрыМиКо’98). Материалы конференции. [Севастополь, 14-17 сент. 1998 г.]. — Севастополь: Вебер,

1998,      т. 1, стр. 30-37. ISBN 966-572-027-9.

[3]    И. Д. Трутень, И. Г. Крупаткин, О. Н. Баранов,

Н.        Н. Галушко, В. Э.Игнатов, Импульсные магнетроны миллиметрового диапазона волн в режиме пространственных гармоник. Укр. Физич. Журнал, том 20, с. 11701176, Июль 1975.

[4]    N. М.Bernstein and N. М. Kroll. In Book: Crossed-Field Microwave Devices, Ed. E. Okress, v. II. Academic Press, New York and London, 1961. p. 229.

[5]    R. G. Robertshaw, W. E. Willshaw. In Book: Crossed-Field Microwave Devices. Ed. E. Okress, v. II, Academic Press, New York and London, 1961. p. 280.

[6]    Т. E. Ruden, G. E. Dombrovski, D. Hobbs, G. Boles. «Lowfield Magnetrons Study». Proc. of the First-International Workshop on Crossed-Field Devices, 1995, Ann Arbor, Michigan, USA, pp.66-77.

[7]    Капица П. Л. Электроника больших мощностей.

—         М.: Изд-воАН СССР, 1962. 195 с.

[1]    О. P. Kulagin, V. D. Yeryomka, The Large-Orbit M-type Oscillator with the Adiabatic Electron-Optical System. IEEE Plasma Science, vol. 30, No 6, pp.2107-2112, December, 2002.

[2]    Красников М. Ю. О резонансном взаимодействии в цилиндрическом магнетроне. Изв. высших учебных заведений. Радиофизика, 1980, т. XXIII, № 1, с. 113-121.

[3]    Г. Я. Левин. Электроника магнетронов поверхностной волны миллиметровго диапазона. Диссертация на соискание научной степени доктора физикоматематических наук. ИРЭ АН УССР, Харьков, 1989.

[4]    Г. Я. Левин, Р. Г. Старченко. Магнетроны непрерывного действия на длины волн 8-18 мм. Труды ИРЭ АН УССР, 1955, т.Ш, с.126.

DRIFT-ORBITAL MODES IN MILLIMETER WAVE MAGNETRONS

Kulagin O. P., Yeremka V. D.

Usikov Institute of Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine

12,   Ac. Proscura Str, Kharkiv 61085, Ukraine fax: 0572-441105

E-mail: [email protected]

Abstract The large-orbit and small-orbit modes of M-type oscillator in the drift-orbital resonance mode are considered. The theoretical analysis of energy oscillator characteristics is made for each mode. The comparison between experimental and theoretical data is fulfilled. Deductions concerning electronwave interaction mechanism in millimeter-band magnetrons are proposed.

I.    Introduction

At the present, a considerable part of millimeter magnetrons is non-classical in their parameters. The «low field» and «space harmonic» regimes are differed. The factors causing differences from «classical» regimes have not been satisfactorily explained yet.

II.   The resonance conditions

For the «поп-classical» magnetrons the «guiding centres» approximation is not sufficiently exact. The orbital harmonics must be included into the motion equation analysis. The largeorbit and small-orbit cases are possible in the crossed fields.

III.  The optimal electron flow parameters

The optimal electron flow parameters may be revealed from electron motion equations taking into account the disturbing field. These parameters are different for the large-orbit and small-orbit cases.

IV. The beam forming voltage

In the drift-orbital resonance modes the minimal voltage is necessary to form the electron flow with required parameters.

V. Conclusion

On the basis of comparison between experimental and theoretical data we can state that the operation principles of «поп-classical» magnetrons are based on the drift-orbital resonance in small-orbit regime. The special electron-optical system may be used as a necessary facility providing the device optimisation.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

nauchebe.net

Колебательная система - магнетрон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Колебательная система - магнетрон

Cтраница 1

Колебательные системы магнетронов образованы, по сути дела, широкополосными периодическими замедляющими системами, свернутыми в кольцо и замкнутыми на себя. В результате системы становятся резонансными и узкополосными, что резко увеличивает амплитуду высокочастотного поля на резонансных частотах.  [2]

Колебательная система магнетрона, состоящая из N колебательных контуров, обладает несколькими возможными частотами ( N-1), незначительно отличающимися друг от друга. В зависимости от условий самовозбуждения, режима электронного потока и связи между резонаторами колебания получаются той или иной частоты. Каждой из возможных частот соответствует вид колебаний, характеризуемый разностью фаз колебаний в соседних резонаторах.  [4]

Между отдельными резонаторами колебательной системы магнетрона существует сложная связь: резонаторы связаны кондуктивно сегментами анодного блока, общим магнитным потоком, охватывающим смежные резонаторы, и, кроме того, общим электронным потоком.  [5]

Рассмотрим резонансные свойства колебательной системы магнетрона. В пространстве взаимодействия возбуждается стоячая волна, которую можно представить в виде двух бегущих волн, вращающихся навстречу друг другу.  [7]

Непосредственная связь с колебательной системой магнетрона осуществляется через коаксиальную линию, после чего следует штыревой переход на стандартный прямоугольный волновод.  [9]

Отдельные секции - резонаторы, образующие колебательную систему магнетрона и замедляющую систему платинотрона, являются широкополосными элементами, однако в магнетронах эта широкополосность не реализуется, так как для замкнутой системы магнетрона на каждом из видов колебаний должно выполняться упомянутое выше условие. Разомкнутая ( в электрическом отношении) замедляющая система платинотрона, согласованная со стороны входа и выхода, обладает свойствами широкополосного фильтра, что и обусловливает широкополосность платинотрона как электронного прибора.  [11]

Емкостное влияние связок можно оценить некоторой емкостью, которая добавляется к емкости колебательной системы магнетрона при возникновении в нем противофазных колебаний. Увеличение емкости приводит к уменьшению собственной частоты колебательной системы. Таким образом, если магнетрон работает на противофазном виде колебаний, то связки уменьшают частоту этих колебаний.  [13]

В стенке анодного блока имеется ряд полостей - объемных резонаторов, которые образуют колебательную систему магнетрона. Вследствие флуктуационного движения электронов в колебательной системе возбуждаются слабые переменные электромагнитные поля.  [15]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru

• 
  Как перекрыть воду в стояке
• 
  Последовательное и параллельное включение
• 
  Зарядка импульсная
• 
  Фундаментальное свойство магнитного поля
• 
  Освещенность в люксах таблица
• 
  Токи фуко применение
• 
  Отключение электроэнергии картинка
• 
  Счетчик 380в
• 
  Косвенное измерение примеры
• 
  Схема генератор
• 
  Подпороговый ток оказывает на клетку