МАГНЕТРОН С БЫСТРОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1995 года по МПК H01J25/50 

Изобретение относится к технике электронных приборов сверхвысоких частот (СВЧ), а более конкретно к устройству магнетронных генераторов, и может быть использовано в радиолокации, связи и других областях техники для генерации перестраиваемых по частоте сигналов СВЧ.

Известен магнетрон [1] в котором вдоль оси магнетрона перемещается перестраивающий частоту элемент, закрепленный на корпусе магнетрона с помощью двух плоских пружин. Перестраивающий элемент приводится в движение электромагнитным приводом (соленоид с сердечником, закрепленным на перестраивающем элементе).

Управление перестройкой осуществляется соленоидом на частотах ниже резонансной частоты механического резонансного контура, образованного массой перестраивающего элемента и жесткостью пружин.

К наиболее важным недостатком данного способа перестройки частоты следует отнести большую мощность, потребляемую приводом механизма перестройки (особенно при больших скоростях перестройки), и ограничение скорости перестройки механическим резонансом подвески элемента перестройки.

Известны также магнетроны [2] в которых используется резонансная подвеска перестраивающего элемента с помощью упругих элементов. В этом случае скорость перестройки может быть существенно повышена, а потребляемая приводом (возбудителем) мощность уменьшена.

Перестраивающий элемент, снабженный средством перемещения вдоль оси магнетрона, движущийся вдоль оси магнетрона, укреплен в неподвижном корпусе магнетрона с помощью по крайней мере одного упругого элемента в виде плоских S-образных пружин. Механизм перестройки работает на частоте, обусловленной механическим резонансом. Резонансная частота может быть изменена введением внутрь подвижного элемента (в вакуумную часть магнетрона) спиральной пружины. Возбуждение колебаний происходит с помощью электромагнитного привода (возбудителя).

К недостаткам упомянутого магнетрона следует отнести невозможность замены или подстройки упругих элементов, отсутствие точной подстройки резонансной частоты механического контура и средней частоты диапазона быстрой перестройки магнетрона, плохой теплоотвод от элементов конструкции механизма перестройки через S-образные и спиральную пружины. Элементом ненадежности этого магнетрона является начальная деформация плоских пружин, на которых закреплен перестраивающий элемент, связанная с введением спиральной пружины. Эта деформация ограничивает область упругой деформации пружин и, следовательно, их циклопрочность и надежность. Кроме того, размещение спиральной пружины внутри подвижного элемента требует увеличения его габаритов и массы и, следовательно, приводит к повышенному потреблению мощности, увеличению нагрузки на упругие элементы и снижению резонансной частоты механизма перестройки.

Таким образом, из-за невозможности замены и подстройки упругих элементов в откаченном магнетроне невозможны изменение и подстройка скорости быстрой перестройки и средней частоты диапазона быстрой перестройки магнетрона, а из-за начальной деформации плоских пружин и плохого теплоотвода от элементов конструкции магнетрона снижается надежность механизма перестройки и магнетрона.

Целью изобретения является перестройка частоты откачанного магнетрона, а также повышение теплоустойчивости и надежности механизма перестройки и магнетрона.

Цель достигается тем, что в магнетроне с быстрой перестройкой частоты, включающем перемещающийся вдоль оси магнетрона перестраивающий элемент, снабженный средством перемещения вдоль оси магнетрона, закрепленный на его корпусе с помощью по крайней мере одного упругого элемента, между которым и корпусом расположен по крайней мере один дополнительный упругий элемент, имеющий жесткость, отличающуюся от жесткости основного упругого элемента, и снабженный элементом перемещения вдоль оси магнетрона. Предложенное изменение конструкции обеспечивает существенные преимущества предложенного магнетрона перед прототипом, в частности позволяет подстраивать среднюю частоту диапазона быстрой перестройки и скорость перестройки частоты магнетрона; заменять на откачанном магнетроне упругие элементы на другие с измененной жесткостью, а следовательно, и другой резонансной частотой механического контура, определяющего скорость быстрой перестройки частоты; использовать для изготовления упругих элементов материал с высокой теплопроводностью, прошедшей специальную термообработку и не выдерживающий высокотемпературных паек (например, облагороженную бронзу БрБ2); реализовать минимальную массу подвижного элемента и минимальные деформации используемых пружин, что обеспечивает максимальную долговечность, надежность и экономичность механизма быстрой перестройки частоты; осуществлять быструю перестройку частоты и медленную ее подстройку одним элементом, что дает возможность использовать для обеспечения хорошего теплоотвода противоположную механизму перестройки сторону анода, обеспечивая таким образом повышенную теплоустойчивость и надежность магнетрона, а также позволяет создавать быстроперестраиваемые магнетроны повышенной мощности.

На чертеже изображен один из вариантов конструкции механизма быстрой перестройки частоты с электромагнитным приводом предложенного магнетрона.

В этом варианте перестраивающий элемент 1 закреплен на упругих элементах 2, выполненных в виде плоских пружин. Упругие элементы 2 с помощью дополнительных упругих элементов 3 (например, тарельчатых пружин) прикреплены к корпусу магнетрона 4. Упругие элементы 2 отделены друг от друга тонкими шайбами-прокладками 5 и 6. Резьбовая втулка 7 обеспечивает крепление упругих элементов 2 к корпусу магнетрона. Наличие упругих элементов 3 позволяет улучшить качество крепления упругих элементов 2 к корпусу магнетрона (исключить зазоры между втулкой 7 и упругими элементами 2, связанные с разбросом толщин прокладок 5, 6 и упругих элементов 2). Крутящий момент при креплении упругих элементов втулкой 7 составляет 30-100 кгсх хсм. Привод механизма 10 перестройки крепится к магнетрону с помощью втулки 8 и винтов 9, прижимающих привод к фланцу магнетрона 11 через втулку 12 с отверстиями для торированного ключа, обеспечивающего надежность крепления втулки 8 и упругих элементов 2 к перестраивающему элементу. Якорь 13, закрепленный на втулке 8, а через нее связанный с перестраивающим элементом 1, размещен внутри статора 14, включающего четыре катушки 15 и два сердечника 16 С-образной формы, между которыми размещены два постоянных магнита 17.

При работе на катушки статора подается напряжение питания привода с частотой, равной частоте механического резонансного контура, образованного массой перестраивающего элемента, включая втулку 8 и якорь 13, и упругими элементами 2, 3. Якорь притягивается поочередно к полюсам сердечников, приводя в движение перестраивающий элемент, на котором он закреплен.

Подстройка средней частоты диапазона быстрой перестройки магнетрона и скорости перестройки частоты осуществляется за счет деформации упругих элементов 3 путем вращения резьбовой втулки 7 с помощью специального ключа, который может быть связан с предназначенным для подстройки приводом. Замена упругих элементов 2 и 3 производится после снятия привода механизма 10 перестройки и втулки 7.

Установка упругих элементов с измененными размерами или жесткостью позволяет существенно изменить скорость перестройки частоты и среднюю частоту диапазона быстрой перестройки частоты, а также увеличить долговечность и надежность механизма быстрой перестройки при замене отработавших срок службы упругих элементов на новые эквивалентные снятым.

Эффективность предложенного технического решения определяется тем, что оно позволяет осуществлять точную установку средней частоты диапазона быстрой перестройки магнетрона и скорости перестройки частоты; осуществлять работу одного магнетрона при отличающихся в несколько раз скоростях перестройки частоты; реализовать наилучший теплоотвод от механизма быстрой перестройки частоты резонансного типа, обеспечивающий возможность достижения высоких энергетических характеристик магнетрона; реализовать минимальную массу подвижного элемента и минимальные деформации упругих элементов и на этой основе обеспечить максимальную надежность, долговечность и экономичность механизма быстрой перестройки частоты; осуществлять быструю перестройку частоты и медленную ее подстройку одним элементом, не ухудшая теплоотвода от анода со стороны, противоположной механизму перестройки, что весьма важно для мощных магнетронов.

Важным преимуществом предложенного решения является, кроме того, то, что конструкция и технология изготовления вакуумной части магнетрона практически не отличаются для магнетрона с быстрой и с традиционной медленной перестройкой частоты, что обеспечивает высокую надежность основных узлов магнетрона.

Использование: в электронной технике, в частности в приборах с быстрой перестройкой частоты. Сущность изобретения: с целью обеспечения возможности подстройки и изменения скорости перестройки и средней частоты диапазона быстрой перестройки частоты на готовом к эксплуатации магнетроне, а также повышения теплоустойчивости и надежности механизма перестройки и магнетрона в целом, в магнетроне с быстрой перестройкой частоты, включающем перемещающийся вдоль оси магнетрона перестраивающийся элемент, закрепленный на корпусе магнетрона с помощью по крайней мере одного упругого элемента, не менее чем один упругий элемент прикреплен к корпусу магнетрона через по крайней мере один дополнительный упругий элемент с помощью съемного элемента, например резьбовой втулки. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. МАГНЕТРОН С БЫСТРОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ, включающий перестраивающий элемент, снабженный средством перемещения вдоль оси магнетрона и закрепленный на его корпусе с помощью по крайней мере одного упругого элемента, отличающийся тем, что, с целью перестройки частоты откачанного магнетрона и повышения теплоустойчивости и надежности перестраивающего элемента, между упругим элементом и корпусом магнетрона расположен по крайней мере один дополнительный упругий элемент, имеющий жесткость, отличающийся от жесткости основного упругого элемента, и снабженный элементом перемещения вдоль оси магнетрона. 2. Магнетрон по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного упругого элемента использована тарельчатая, цилиндрическая или тороидальная пружина. 3. Магнетрон по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что крепление дополнительного упругого элемента выполнено съемным.