ГЕНЕРАТОР СВЧ-КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2006 года по МПК H01J25/50 

Предлагаемое изобретение относится к области генерирования сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний с использованием магнетронов, в частности мощных магнетронов непрерывного действия, имеющих основной катод, расположенный в пространстве взаимодействия магнетрона, и изолированный от него термоэмиссионный катод, вынесенный из пространства взаимодействия.

Известен магнетрон, настраиваемый напряжением (1), имеющий резонаторную систему, образующую пространство взаимодействия, и два катода - основной катод, расположенный в пространстве взаимодействия, и вспомогательный термоэмиссионный катод, вынесенный из пространства взаимодействия. Основной катод соединен с вспомогательным катодом внутри прибора, электронный поток инжектируется в пространство взаимодействия за счет применения управляющего электрода либо без электрода за счет аксиальных составляющих электрического и магнитного полей. Питание этих магнетронов осуществляется двумя источниками либо одним (в случае отсутствия управляющего электрода). При работе этих магнетронов напряжение накала вспомогательного катода не отключается.

Недостатком этих магнетронов является ограничение выходной мощности (не более 100-500 Вт).

Известен магнетрон непрерывного действия (самый ближайший аналог предлагаемого решения) М-146, (2-3) с выходной мощностью 10000 Вт, имеющий охлаждаемую резонаторную систему, образующую пространство взаимодействия, и два катода - охлаждаемый основной катод, расположенный в пространстве взаимодействия, вспомогательный термоэмиссионный катод, изолированный от основного катода. Электронный поток инжектируется в пространство взаимодействия вспомогательным катодом. Генерация магнетрона осуществляется за счет обратной бомбардировки этими электронами основного катода. После введения магнетрона в рабочий режим напряжение накала вспомогательного катода отключается. Магнетрон работает за счет обратной бомбардировки, используя вторично-эмиссионные и термоэмиссионные свойства катода. Питание такого магнетрона осуществляется одним источником высокого напряжения (выпрямителем). На фиг.1 представлена схема такого генератора, где VL - магнетрон, основной катод магнетрона 1 соединен со вспомогательным катодом магнетрона 2 через амперметр РА₂, питание магнетрона производится от одного выпрямителя U, питание накала вспомогательного производится от источника питания накала. Анодный ток магнетрона измеряется амперметром РА₂. При введении магнетрона в рабочий режим, в момент работы вспомогательного катода, в цепи, соединяющей катоды, появляется ток, что фиксируется амперметром, помещенным в эту цепь. Это ток, инжектируемый вспомогательным катодом в пространство взаимодействия магнетрона. После выключения напряжения накала вспомогательного катода величина этого тока уменьшается и направление тока изменяется на противоположное. Это ток, текущий из пространства взаимодействия на вспомогательный катод. Величина этого тока составляет 10-20% от величины анодного тока.

Недостатком этого генератора является наличие тока, текущего на вспомогательный катод магнетрона при выключенном напряжении накала этого катода, что может привести к его повреждению в процессе работы магнетрона, что в свою очередь приводит в итоге к ограничению долговечности генератора.

Предлагается свободная от указанных недостатков конструкция генератора, состоящая из мощного магнетрона непрерывного действия, имеющего основной катод в пространстве взаимодействия и изолированный от него вспомогательный термоэмиссионный катод, вынесенный из пространства взаимодействия, и выпрямителя.

Отличие предложенного генератора в том, что основной катод соединен со вспомогательным через резистор, параллельно которому подключен диод.

Схема предложенного генератора на фиг.2, где VL - магнетрон, основной катод 1 соединен со вспомогательным катодом 2 через резистор R и включенным параллельно резистору диодом VD. Выпрямитель U подключен к основному катоду 1. Напряжение накала вспомогательного катода осуществляется от источника напряжения накала. Амперметром PA₁ измеряется ток между основным и вспомогательным катодами, амперметром РА₂ измеряется анодный ток магнетрона. Введение одного резистора приводит к уменьшению величины тока, инжектируемого в пространство взаимодействия магнетрона, а также тока в цепи, соединяющей оба катода, что приводит к невозможности запуска магнетрона в рабочий режим из-за недостаточной величины тока, инжектируемого в пространство взаимодействия магнетрона. Включение диода параллельно резистору дает возможность увеличить ток в направлении инжектирования в пространство взаимодействия магнетрона и ввести магнетрон в рабочий режим, о чем свидетельствует появление анодного тока и выходной мощности. После этого выключается напряжение накала вспомогательного катода, и электронный поток, дрейфующий из пространства взаимодействия в сторону вспомогательного катода, будет значительно уменьшен из-за изменения потенциала вспомогательного катода, так как в его цепи будет действовать резистор. Путем подбора величины сопротивления резистора можно уменьшить значение тока практически до нуля. Диод должен быть рассчитан на величину тока, инжектируемого в пространство взаимодействия магнетрона, достаточного для его запуска.

Предлагаемая схема была проверена при испытаниях разрабатываемого магнетрона непрерывного действия с выходной мощностью 50 кВт. Испытания проводились при разных анодных токах магнетрона (от 3 до 5 А), величина сопротивления резистора изменялась от 0 до 11,5 кОм. В схеме были применены 4 диода КЦ201Е, соединенные параллельно. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица 1 Ток в цепи основного и вспомогательного катодов, ААнодный ток, А
 
 
 
 
Резистор, кОм34500,30,30,251,830,07750,0650,0464,10,0360,0350,02511,50,0170,0130,01

Предлагаемое изобретение относится к генераторам СВЧ-колебаний. В состав генератора входит магнетрон, содержащий основной катод в пространстве взаимодействия и вспомогательный термоэмиссионный катод, изолированный от основного. Техническим результатом является повышение долговечности СВЧ-генератора. Между основным и вспомогательным катодами включен резистор, параллельно которому включен диод. Включение диода параллельно резистору дает возможность увеличить ток в направлении инжектирования в пространство взаимодействия и ввести магнетрон в рабочий режим. Диод рассчитан на величину тока, инжектируемого в пространство взаимодействия магнетрона, достаточного для его запуска. 2 ил., 1 табл.

Генератор СВЧ-колебаний, состоящий из магнетрона непрерывного действия, имеющего основной катод, расположенный в пространстве взаимодействия магнетрона, и вспомогательный термоэмиссионный катод, вынесенный из пространства взаимодействия и выпрямителя, подключенного к основному катоду, отличающийся тем, что основной катод соединен со вспомогательным через резистор, параллельно которому подключен диод.