Марін В. П.

Центр по дослідженню матеріалів і технологій 4, вул. Мосфільмовская, Москва, 119285, Росія Тел.: 143-67-77Факс :143-06-45, E-mail: atom@gol.ru Гурко А. А.

Відкрите акціонерне товариство «Плутон»

11, вул. Ново-Сиромятніческая, Москва, 105120, Росія Тел:. 916-87-57, Факс :916-19-20

Анотація: – Проведена оцінка перспективи створення коаксіального магнетрона (КМ) в короткохвильовій частині міліметрового діапазону довжин хвиль.

I. Вступ

Останнім часом вітчизняні розробники приладів М-типу віддають явну перевагу коаксіальному магнетрону. Номенклатура магнетронів міліметрового діапазону розширюється в основному за рахунок коаксіальних магнетронів. Багато КМ як по окремим параметрам, так і за їх сукупністю об’єктивно перевершують і магнетрон зі зв’язками, і разнорезонаторний магнетрон. У порівнянні з кращими типами класичного магнетрона, в КМ придушення конкуруючих видів коливань реалізується значно простіше. Привертає також можливість застосування анодної замедляющей системи (АЗС) із значною кількістю (більше 40) резонаторів, знімає певною мірою необхідність зменшення радіальних розмірів простору взаємодії при зменшенні довжини робочої хвилі або (і) напруги анода.

Порівняльна розрахункова оцінка рівня власних дисипативних втрат не ж – видного магнетрона 2-мм діапазону [1] і можливого його альтернативного варіанту КМ, проведена за методикою [2], показує можливість значного збільшення ККД в останньому.

У повідомленні наведено результати оцінки перспектив створення коаксіального магнетрона в короткохвильовій області міліметрового діапазону довжин хвиль.

II. Основна частина

Сучасний серійні КМ створені в восьмимілиметрівій діапазоні. Одним з основних перешкод при просуванні КМ в короткохвильову область вважається низька формо-і теплотривкість АЗС внаслідок обмеження товщини її циліндричної стінки величиною (0,05 … 0,07) Л. Достатньою формостійкості і термостійкості АЗС КМ можна досягти шляхом виготовлення її з молібдену з мідним покриттям зовнішньої поверхні анодного блоку, що за інших рівних умов призведе до збільшення омічних втрат в в 1,68 рази. Однак, втрати в АЗС такого КМ будуть у -1,5 раза менше втрат в АЗС не ж-видного варіанту магнетрона. Більш серйозною перешкодою при створенні короткохвильового КМ є проблема забезпечення необхідного рівня зв’язку АЗС із стабілізуючим резонатором (СР), породжувана малої азимутальної протяжністю периферійної стінки резонатора АЗС. Для АЗС КМ 2-мм діапазону довжин хвиль вона не перевищує 0,15 мм, а мінімальна ширина щілини зв’язку АЗС з СР при її виготовленні непрофільованих електродом складає близько 0,1 мм. Однак основною перешкодою при просуванні КМ в короткохвильову частину міліметрового діапазону довжин хвиль стає зростаюча трудність управління частотою генерації. Прагнення розвантажити катод призводить до значних радіальним розмірами СР, внаслідок чого залежність власної частоти робочого виду СР від його аксіального розміру стає надзвичайно великий і призводить практично до втрати керованості частотою генерації.

Проілюструємо це на прикладі спроби створення аналога разнорезонаторного магнетрона RPB8 (А = 4,3 рм) [3] з параметрами простору взаємодії:

діаметр анода 1,64 мм;

діаметр катода 1,07 мм;

кількість резонаторів 22.

У номінальному режимі (Ua = 15 кВ) щільність струму катода становить -196 А / см2. Зменшення щільності струму катода в 2 рази, при збереженні незмінними Ua і Ua/UCi досягається в КМ при наступних параметрах простору взаємодії: діаметр анода 2,8 мм;

діаметр катода 2,15 мм;

кількість резонаторів 38.

При цьому діаметр внутрішньої стінки СР складе 4,8 мм. Приймаючи відношення зовнішнього і внутрішнього діаметрів СР рівним 2,2, знаходимо, що зміна аксіального розміру СР на 0,01 мм призводить до зміни власної частоти виду Нои СР на -0,67%.

В [4] запропоновано конструктивне рішення, що дозволяє зменшити щільність перебудови частоти: СР приєднаний до торця АЗС і його радіальні розміри можуть бути зменшені в порівнянні з коаксіальним розташуванням. Зокрема, для розглянутого прикладу діаметр зовнішньої стінки СР може бути обраний рівним діаметру резонаторів АЗС (4,2 мм). При діаметрі внутрішньої стінки СР 1,9 мм зміна його аксіальної довжини на 0,01 мм призводить до зміни власної частоти виду Нои на -0,24%. Щільність перебудови частоти зменшилася в 2,8 рази, але залишається, мабуть, неприйнятною для практичних цілей навіть із використанням принципу так званої швидкої перебудови за допомогою електромагнітного приводу [5].

Вихід із ситуації – перехід до об-рощення-коаксіальному магнетрону (ОКМ). В ОКМ застосовується щелевая АЗС, внаслідок чого ОКМ поступається КМ як по ККД, так і за величиною смуги перебудови частоти. Наприклад, ОКМ SFD-327 8-мм діапазону при Ua = 22,5 кВ та 1а= 32 А генерує 150 кВт з ККД ~ 21% [6]. КМ МІ-457 в тому ж діапазоні довжин хвиль при Ua <15 кВ забезпечує ККД -31,6%. До того ж, технологічні труднощі виготовлення щілин зв’язку АЗС з СР в ОКМ можуть виявитися нездоланними.

III. Висновок

Одним з істотних перешкод при створенні КМ в короткохвильовій області міліметрового діапазону є технологічні труднощі у виготовленні електродинамічної системи. Однак основною перешкодою стає зростаюча трудність управління частотою генерації

Вихід із ситуації – перехід до об-рощення-коаксіальному магнетрону (ОКМ)

IV. Список літератури

1. Усиков А. Я., Канер Е. А., Трутень І. Д. та ін Електроніка та радіофізика міліметрових і субміліметрових радіохвиль. Київ.: Наукова думка. 1986, с. с.7-20.

2. Гурко А. А. Оцінка можливості підвищення ККД магнетронів міліметрового діапазону з використанням не 71-виду коливань. Радіофізика і радіоастрономія, 2000, т. 5, № 1, с. с. 80-83.

3. Бернштейн, Кролл. Магнетрони разнорезонаторного типу імпульсного і безперервного дії, що працюють в режимі слабкого поля. СБ Електронні СВЧ прилади зі схрещеними полями, т.2. Під редакцією

М. М. Федорова. М.: ІЛ, 1961.

4. Патент США № 2.734.148 Кл.315-39.61. Заявник: фірма «Compagnie Generale de Telegraphe Sans Pil». Винахідник: Charles Asema.

5. Зибін М. H. Швидко перебудовувані магнетрони – досягнення, проблеми, перспективи. Електроніка (наука, технологія, бізнес), 1999, № 1,

6. D. А. Т. A. Volume 32. Book 30. 1987.

ESTIMATION OF THE OPPORTUNITY OF COAXIAL MAGNETRON DEVELOPMENT IN SHORT-WAVE PARTS OF THE MILLIMETER BAND

Marin V. P.

The Center on Research of Materials and Technologies

1  Mosfilmovskaya Str. Moscow 119285 Russia

Tel. 107-095-143-67-77 Fax: 107-095-143-06-45;

E-mail: atom@gol.ru Gurko A. A.

Joint Stock Company "Pluton"

11  Novo- Syromiatnicheskaya Moscow 105120 Russia

Tel. .107-095-916-87-57, Fax: 107-095-916-19-20

Abstract – Prospect of creation of coaxial magnetron (CM) in a short-wave part of a millimeter wave band is discussed.

I. Introduction

The comparative settlement estimation of a level of own losses dissipation not it -mode 2-mm wave range magnetron [1] and the possible alternative variant CM, carried out using technique [2], shows an opportunity of substantial growth of efficiency.

II. Main part

Modern CMs are created on a wave Л = 8 mm and in shortwave area it is considered one of the basic obstacles of promotion low stability of the form and thermo stability the gas station owing to restriction of thickness of her cylindrical wall in size (0,05 … 0,07) Л. Sufficient stability of the form and thermostability it is possible to reach by application of the SWCA from molybdenum with a copper covering of an external surface of the anode block, that with other things being equal will result in increase in losses in the SWCA in 1,68 times. However, loss in the SWCA thus in ~1, 5 times it is less in comparison with variant not it -mode magnetron. More a serious obstacle at creation of short-wave CM is the problem of the organization of a necessary level of coupling of the SWCA with the stabilizing resonator (SR), generated in the small azimuthally extent of a peripheral wall of the SWCA. For the SWCA of a 2-mm wave range CM she does not exceed 0, 15 mm, and the minimal width of a coupling slot of the SWCA with SR at her manufacturing an electrode without a structure there are in area of 0, 1 mm. But the basic obstacle of promotion of CM in a short-wave part of a millimeter range of lengths waves becomes growing difficulty of frequency control of generation. The aspiration to unload results the cathode in significant radial sizes SR owing to what dependence of own frequency of working kind SR on his axial size becomes extremely big and results practically in loss of frequency control of generation.

III. Conclusion

One of essential obstacles at creation of CM in short-wave area of a millimeter wave range are technological difficulties in manufacturing electrodynamics system. However the basic obstacle becomes growing difficulty of the tuning of a generation frequency. Exit from the created situation – transition to inverted – coaxial magnetron (ICM).

Анотація – Розраховані розподілу статичного потенціалу в циліндричному діоді з струмом, обмеженим просторовим зарядом, при ексцентричному розташуванні електродів. Показано, що наявність ексцентриситету призводить до зниження терміну служби діода.

I. Вступ

Асиметрія простору взаємодії суттєво впливає на роботу вакуумних джерел НВЧ-коливань. Питання впливу асиметрії простору взаємодії на роботу приладів М-типу експериментально і теоретично розглядалися в роботах [1, 2]. Для якісного пояснення ефектів в [2] була використана модель ло-Кальне-плоского междуелектродного простору. В магнетронах з інтенсивним електронним потоком і в електричних СВЧ діодах асиметрія простору впливає, в першу чергу, на розподіл статичного потенціалу. Цікавим також аналіз розподілів статичного потенціалу в електричному ексцентричному діоді з струмом, обмеженим просторовим зарядом.

II. Основна частина

У відносно суворої постановці задача знаходження розподілу статичного потенціалу в ексцентричному циліндричному діоді (при обліку компоненти Е ^ «холодного» поля) повинна вирішуватися

виходячи з рівнянь руху, що враховують цю компоненту і визначають розподіл щільності просторового заряду в междуелектродних просторі, і рівняння Пуассона при крайових умовах

ra {

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»