Описание_объекта

реклама
МПК: H01J 25/50
МАГНЕТРОН
Полезная модель относится к электротехническому оборудованию,
электровакуумным приборам СВЧ, а именно к конструкции магнетрона,
предназначенного для применения в бытовых СВЧ-печах, системах связи, а
также в радиолокации.
Известен
магнетрон
с
комбинированной
магнитной
системой,
содержащий по крайней мере две пары магнитов, одна из которых выполнена
на постоянных магнитах, в виде дисков, примыкающих к торцам анодного
блока
(полюсные
разноименные
наконечники),
полюса
и
постоянных
магнитопровод,
магнитов.
С
замыкающий
целью
повышения
стабильности в широком диапазоне мощностей, на магнитных дисках
закреплены ферромагнитные цилиндры с надетыми на них катушками,
образующие
электромагнит,
при
этом
электромагнит
выполнен
с
возможностью подключения к регулируемому источнику постоянного
напряжения через переключатель полярностей (патент РФ №2024102, МПК
H01J25/50).
Недостатком указанного магнетрона является высокий уровень шума в
выходном сигнале.
Наиболее
близким
по
технической
сущности
магнетрону являются магнетроны модели AX9 и
коаксиально
расположенные
катод,
анод,
к
заявленному
XCR, содержащие
резонаторную
систему,
выполненную в виде симметрично расположенных сквозных полостей,
вывод энергии, и расположенные вне вакуумного объема соосно с анодом
два противолежащих полюсных наконечника [Коваленко В. Ф. Введение в
электронику сверхвысоких частот. 2 изд., М.: Советское Радио, 1955]. В
известных
магнетронах
используются
полюсные
наконечники
цилиндрической формы, имеющие ровный срез в месте примыкания к
пространству взаимодействия и изготовленные из однородного по своей
магнитной силе материала.
Недостатками указанных магнетронов является высокий уровень шума
в выходном сигнале. Полюсные наконечники указанных магнетронов
предназначены для создания однородного магнитного поля в пространстве
взаимодействия электронов с высокочастотной волной. Известно, что
наиболее эффективное взаимодействие электронов с высокочастотной
волной происходит при выполнении условий синхронизма, которое
заключается в том, что скорость движения центров орбит вращения
электронов должна быть близка к фазовой скорости высокочастотной волны.
Скорость движения центров орбит вращения определяется отношением
напряженности
электрического
поля
и
магнитной
индукции.
В
цилиндрическом магнетроне напряженность постоянного электрического
поля, создаваемого разностью потенциалов между анодом и катодом и
пространственным зарядом электронного облака, максимальна на границе
объемного пространственного заряда и убывает по радиусу в направлении
анода. Магнитная индукция при этом постоянна. Поэтому выполнение
условий синхронизма в указанных магнетронах обеспечивается не во всем
пространстве взаимодействия, а лишь в некоторой области, соответственно
не обеспечивается эффективность взаимодействия объемного заряда с
бегущей электромагнитной волной.
Задачей
полезной
модели
является
создание
магнетрона,
обеспечивающего меньший по сравнению с аналогами уровень шума в
выходном сигнале.
Поставленная задача решается тем, что в магнетроне, содержащем
коаксиально
расположенные
катод
и
анод,
резонаторную
систему,
снабженную выводом энергии, два кольцевых полюсных наконечника,
расположенных соосно с катодом с противоположных сторон от анода,
согласно решению кольцевые полюсные наконечники представляют собой
2
набор из, по крайней мере, трех концентрично-расположенных кольцевых
элементов, по крайней мере, один из которых выполнен из материала,
характеризующегося
максимальной
величиной
коэрцитивной
силы
относительно остальных кольцевых элементов и расположен между ними.
При этом торцевые поверхности полюсных наконечников со стороны
резонаторной системы в продольном сечении образуют угол, направленный в
сторону резонаторной системы, а вершина угла расположена на торцевой
поверхности
полюсного
наконечника,
обладающего
максимальной
величиной коэрцитивной силы. Вершина угла смещена относительно оси
магнетрона на расстояние, не превышающее величину Rc+1/2(Ra-Rc), где
Rc-радиус катода, Ra-радиус анода.
Технический результат предложенного устройства заключается в
увеличении эффективности взаимодействия объемного заряда с бегущей
электромагнитной волной.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1
схематично представлен продольный разрез заявляемого устройства.
Позициями на чертеже обозначены:
1 – катод,
2 – анод,
3 – резонаторная система,
4 – окно вывода энергии,
5 – полюсный наконечник,
6, 7, 8 – внешний, центральный и внутренний кольцевые элементы
полюсного наконечника, соответственно.
Магнетрон содержит коаксиально расположенные цилиндрический
катод 1, анод 2, два полюсных наконечника 5, расположенные соосно катоду
1 с противоположных сторон от анода. Анод снабжен резонаторной системой
3 (см. например [Бычков С.И. Вопросы теории и практического применения
3
приборов магнетронного типа. М.: Сов. радио, 1967.]). Для вывода СВЧ
энергии резонаторная система снабжена отверстием 4.
Полюсные
наконечники
концентрично-расположенных
выполнены
кольцевых
набранными
из
трех
магнитных
элементов:
внутреннего 8, внешнего 6, выполненных, например, из неодим-железо-бора
(коэрцитивная сила 11 кЭрст), и центрального 7, выполненного, например, из
самарий-кобальта (коэрцитивная сила 13 кЭрст) и характеризующегося
максимальной величиной коэрцитивной силы относительно остальных.
Полюсный наконечник отстоит от торца анода на расстояние в несколько (510) миллиметров. Торцевые поверхности полюсных наконечников со
стороны резонаторной системы в продольном сечении образуют угол,
направленный в сторону резонаторной системы, а вершина угла расположена
на торце магнитного элемента, обладающего максимальной величиной
коэрцитивной силы.
Форма полюсных наконечников позволяет получить в пространстве
взаимодействия распределение магнитной индукции, аналогичное по форме
распределению
напряженности
постоянного
следовательно,
обеспечивает
выполнение
электрического
условия
поля,
и,
синхронизма
высокочастотной волны и электронного потока во всем пространстве
взаимодействия, что приводит к снижению уровня шума в выходном сигнале.
Механизм работы магнетрона заключается в следующем: на магнетрон
подают напряжения питания: анодное напряжение на анод 2 и напряжение
накала на катод 1. В результате разогрева катода эмитирующий слой,
нанесенный на внешнюю поверхность катода, испускает электроны в рабочее
пространство взаимодействия катод-анод, образуя электронное облако. Под
действием перпендикулярных друг другу электрического поля катод-анод и
постоянного магнитного поля электронное облако под действием силы
Лоренца начинает вращаться вокруг катода и наводит переменный потенциал
в резонаторах 3 анодного блока, который в свою очередь воздействует на
4
электронное облако, модулирует его по форме, создавая так называемые
вращающиеся электронные спицы. Когда угловая скорость вращения спиц
синхронизируется с частотой колебаний в резонаторной системе, создаются
условия передачи энергии электронного облака во внешнюю нагрузку (через
вывод энергии 4).
Магнитные полюсные наконечники магнетрона в месте примыкания к
пространству взаимодействия имеют форму, обеспечивающую сначала
нарастание магнитной индукции в пространстве взаимодействия при
удалении вдоль радиуса от катода до значения, не превышающего 2500 эрст,
затем, снижение магнитной индукции по направлению к аноду, повторяя
таким образом изменение напряженности электростатического поля вдоль
радиуса. При этом условия синхронизма будут выполняться во всем
пространстве
взаимодействия.
Электроны,
испускаемые
катодом
в
тормозящей фазе высокочастотного поля, сразу после попадания в
пространство
взаимодействия
оказываются
в
синхронизме
с
высокочастотной волной и начинают, смещаясь к аноду, отдавать энергию и
тем самым усиливают поле высокочастотной волны.
Предлагаемая конструкция магнетрона позволяет достичь снижения
уровня шумов в выходном сигнале до 20 дБ.
5
ПАТЕНТНАЯ ФОРМУЛА
1. Магнетрон, содержащий коаксиально расположенные катод и анод,
резонаторную систему, снабженную выводом энергии, два полюсных
наконечника, расположенных соосно с катодом с противоположных сторон
от анода, отличающийся тем, что каждый из полюсных наконечников
выполнен с возможностью создания неоднородной магнитной индукции в
пространстве взаимодействия между катодом и анодом с ее максимальным
значением
на
расстоянии
от
катода,
не
превышающем
величину,
определяемую по формуле Rc+1/2(Ra-Rc), где Rc-радиус катода, Ra-радиус
анода.
2. Магнетрон по п.1, отличающийся тем, что каждый из магнитных
полюсных наконечников представляет собой набор из, по крайней мере, трех
концентрично-расположенных кольцевых элементов.
3. Магнетрон по п.2, отличающийся тем, что по крайней мере, один из
кольцевых
элементов
выполнен
из
материала,
характеризующегося
максимальной величиной коэрцитивной силы относительно остальных
кольцевых элементов и расположен между ними, при этом торцевые
поверхности магнитных полюсных наконечников со стороны резонаторной
системы в продольном сечении образуют угол, направленный в сторону
резонаторной системы, а вершина угла расположена на торце кольцевого
элемента, обладающего максимальной величиной коэрцитивной силы.
6
РЕФЕРАТ
Магнетрон
относится
к
электровакуумным
приборам
СВЧ
и
предназначен для применения в бытовых СВЧ-печах, системах связи, а также
в радиолокации. Конструкция магнетрона отличается использованием
полюсных наконечников, которые представляют собой набор из, по крайней
мере, трех концентрично-расположенных кольцевых элементов, по крайней
мере, один из которых выполнен из материала, характеризующегося
максимальной величиной коэрцитивной силы относительно остальных
кольцевых элементов и расположен между ними. При этом торцевые
поверхности полюсных наконечников со стороны резонаторной системы в
продольном сечении образуют угол, направленный в сторону резонаторной
системы, а вершина угла расположена на торцевой поверхности полюсного
наконечника, обладающего максимальной величиной коэрцитивной силы.
Применение полюсных наконечников с указанными особенностями
позволяет
получить
в
пространстве
взаимодействия
распределение
магнитной индукции, аналогичное по форме распределению напряженности
постоянного
электрического
поля,
и,
следовательно,
обеспечивает
синхронизм между высокочастотной волной и электронным потоком во всем
пространстве
взаимодействия.
Технический
результат
предложенного
устройства заключается в снижении уровня шумов в выходном сигнале
магнетрона по сравнению с аналогичными конструкциями за счет
увеличения эффективности взаимодействия объемного заряда с бегущей
электромагнитной волной.
7
МАГНЕТРОН
8
Скачать