КОАКСИАЛЬНЫЙ МАГНЕТРОН Советский патент 2007 года по МПК H01J25/50 

Изобретение относится к области конструирования электровакуумных сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов и, в частности, к конструкции коаксиальных магнетронов, используемых в качестве генераторов СВЧ-энергии в передатчиках радиолокационных станций (РЛС).

Цель изобретения - исключение мешающих видов колебаний.

На фиг.2 показан продольный разрез предлагаемого КМ с рабочим видом колебания ТЕМ₀₀₁,

на фиг.2 - поперечный разрез КМ,

на фиг.3 - увеличенный фрагмент колебательной системы,

на фиг.4 - вариант конструкции КМ с зондовым возбуждением ТЕМ₀₀₁ - вида.

На фиг.1 показана анодно-резонаторная системе 1, цилиндрическая стенка 2 которой образует центральный проводник коаксиального стабилизирующего резонатора 3, работающего на ТЕМ₀₀₁ - виде колебаний. К каждой второй ламели 4 анодно-резонаторной системы 1 присоединен (например, припаян) соответствующий радиальный участок 5 кондуктивно-индуктивного устройства связи 6. Если N - число ламелей 4 в анодно-резонаторной системе 1, то число радиальных участков 5 устройства связи 6 равно Все радиальные участки 5, проходящие сквозь стенку 2 через отверстия 7 в стабилизирующий резонатор 3, посредством общей обоймы 8 и крышки 9 замыкаются на торец стабилизирующего резонатора 3. Конфигурация устройства связи 6 более наглядно представлена на фиг.2, 3. Указанное устройство связи 6 по форме напоминаем колесо со спицами, где "обод" образует обойма 8, а "спицы" - радиальные участки 5.

Устройство связи 6 выполнено в виде единой детали, выточенной в форме сплошной фигурной чаши, в которой сначала методом электроэрозии прошиваются секторные окна, а затем вырубается центральное отверстие. В результате образуются радиальные участки ("спицы") 5 и обойма ("обод") 8.

В стабилизирующем резонаторе 3 располагается бесконтактный (дроссельный) поршень перестройки 10. Дроссельный бесконтактный поршень 10 состоит из чашки 11, припаянной к цилиндрическому выступу 12 на фланце 13. Аксиальные размеры чашки 11 и цилиндрического участка 12 выбираются такими, чтобы получить традиционный свернутый полуволновый дроссель, обеспечивающий на ТЕМ-волне СВЧ-контакт поршня 10 с боковыми стенками стабилизирующего резонатора 3. На запоршневой стороне фланца 13 нанесен СВЧ-поглотитель (например, альсифер) 14 для подавления запоршневых (полостных) резонансов и высших резонансов Н_mnp, Е_mnp стабилизирующего резонатора, для которых дроссель не создает СВЧ-контакта и, следовательно, ВЧ-токи М_mnp-, Е_mnp - видов колебаний затекают в запоршневую полость. В частности, это относится к ближайшему высшему резонансу Н₁₁₁, подавление которого необходимо в той же степени, что и подавление Н₁₂₁ - вида колебаний в обычных КМ.

В "углу" стабилизирующего резонатора 3 в его боковой стенке сделана выходная щель связи 15, параллельная торцевой стенке стабилизирующего резонатора 3. С внешней стороны стабилизирующего резонаторе 3 к щели связи 15 примыкает вывод энергии 16, причем широкая стенке волновода в выводе энергии 16 располагается в плоскости, перпендикулярной оси прибора.

Прочие элементы КМ (полюсные наконечника 17, 18, катод 19 и др.) показаны схематично, как не относящиеся непосредственно к предмету изобретения. Внешние традиционные элементы магнетрона, чтобы не загромождать чертежа, не показаны.

На фиг.2 элемент связи 6 показан в плане; а на фиг.3 - в аксонометрической проекции.

Как видно из фиг.3, в анодно-резонаторной системе 1 по периферии ламелей 4 выполнена канавка 20, над которой проходят радиальные участки 5 устройства связи 6, отверстия 7 в стенке 2 имеют прямоугольную форму и образуются за счет пазов, выполненных на торце стенки 2, перекрываемых цилиндрическим участком крышки 9.

На фиг.4 показан еще один вариант конструкции КМ, использующей рабочее колебательное состояние:

В этом варианте элемент связи не имеет обоймы 8, а радиальные участки 5 выступают в стабилизирующий резонатор 3, образуя зонды - возбудители ТЕМ-волны. Отверстия 7 выполнены непосредственно в стенке 2. Для фиксации участков 5 в отверстиях 7 использованы диэлектрические втулки 21. В остальном конструкция аналогична представленной на фиг.1.

Работает устройство (фиг.1) следующим образом.

При возбуждении в анодно-резонаторной системе 1 π-вида колебаний в радиальных участках 5 устройства связи 6 наводятся синфазные ВЧ-токи, которые в свою очередь возбуждают в стабилизирующем резонаторе кольцевое ВЧ-магнитное поле (а применительно к фиг.4 - радаиальное ВЧ-электрическое поле), соответствующее ТЕМ-виду колебаний.

С другой стороны, если в стабилизирующем резонаторе возбуждается ТЕМ₀₀₁ - вид колебаний, то в радиальных участках 5 устройства связи 6 наводятся синфазно ВЧ-токи и соответственно в точках закрепления участков 5 на ламелях 4 навязываются одинаковые по величине и знаку ВЧ-потенциалы, 6 в канавке 20 под каждым участком 5 возникают ВЧ-магнитные поля, создающие противофазные колебания соседних резонаторов анодно-резонаторной системы 1. Т.е. ТЕМ₀₀₁-вид стабилизирующего резонатора 3 поддерживает π-вид колебаний.

Если же допустить, что в анодно-резонаторной системе начнут возбуждаться колебания не π-вида, то наведенные в участках 5 ВЧ-токи будут не синфазны, и, следовательно, поля в стабилизирующем резонаторе не будут соответствовать ТЕМ₀₀₁-виду. Следовательно устойчивого паразитного колебательного состояния возникнуть не должно.

Если не π-вид анодно-резонаторной системы (например, близок по частоте и по распределению поля к π-виду, то и в стабилизирующем резонаторе 3 становятся благоприятными условия для возбуждения ТЕМ₀₀₁ - вида. А как было показано выше, ТЕМ₀₀₁ - вид поддерживает колебания именно π-вида. Это означает, что возбуждение подобного "паразитного" вида может явиться не мешающим, а помогающим фактором для ускорения процесса нарастания колебаний рабочего вида:

Таким образом, идея управления видами колебаний за счет ТЕМ-вида стабилизирующего резонатора принципиально, по крайней мере, не менее обоснована, чем идея использования для этой цели Н₀₁₁ - вида, реализуемая в обычных конструкциях КМ и ОКМ.

Аналогичное техническое решение может быть реализовано в обращенном коаксиальном магнетроне с коаксиальным стабилизирующим резонатором.

Эффективность изобретения определяется следующими основным преимуществами предложенной конструкции.

Во-первых, выбор ТЕМ-вида в качестве рабочего помимо достижения вышеизложенных целей приводит:

- к уменьшению поперечных размеров стабилизирующего резонатора и магнетрона и магнетрона в целом, а следовательно, и к уменьшению прибора;

- к исключению ряда дополнительных конструктивных элементов КМ, таких как СВЧ-поглотители (подавляющие и кольцевые виды колебаний/, диэлектрические шайбы /см. в прототипе);

- к исключению возможности перекрытия щели связи вывода энергии поршнем перестройки при его перемещении и, следовательно, к снятию ограничений на диапазоне перестройки, накладываемых этим обстоятельством в обычных КМ;

- к уменьшению тепловых уходов частоты, поскольку на ТЕМ-виде в отличие от π-вида поперечные размеры стабилизирующего резонатора не влияют на его резонансную частоту;

- к уменьшению влияния неточностей изготовления стабилизирующего резонатора, так как ТЕМ - низший вид; перекосы поршня, неточность в поперечных размерах не столь существенны, как в обычных КМ.

Во-вторых, выбор нещелевого элемента связи приводит:

- к повышению формо-, вибро- и теплоустойчивости анодно-резонаторной системы;

- к исключению дополнительных элементов конструкции, таких как СВЧ-поглотители для подавления ДПВ1 и соответствующие теплоотводящие обоймы и экраны у элементов связи;

- к исключению возможности перекрытия (или иного воздействия) элементов связи при перемещении поршня перестройки.

Результирующий ожидаемый эффект от пользования изобретения:

- повышение стабильности возбуждения КМ,

- повышение допустимой рабочей крутизны модулирующего импульса с соответствующим улучшениям тактико-технических характеристик РЛС;

- уменьшение габаритов и веса КМ и передатчика РЛС.

Изобретение относится к области конструирования электровакуумных сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов. Технический результат заключается в исключении мешающих видов колебаний. Для этого устройство содержит анодно-резонаторную систему с ламелями, устройство связи, стабилизирующий резонатор, вывод энергии с щелью связи, при этом устройство связи выполнено в виде цилиндра, укрепленного одним торцем на торце стабилизирующего резонатора и снабженного на другом торце радиальными проводниками. 4 ил.

Коаксиальный магнетрон, содержащий анодно-резонаторную систему с ламелями, связанную посредством устройства связи со стабилизирующим резонатором, вывод энергии с щелью связи, отличающийся тем, что, с целью исключения мешающих видов колебаний, устройство связи выполнено в виде цилиндра, укрепленного одним торцем на торце стабилизирующего резонатора соосно ему и снабженного на другом торце радиальными проводниками, соединенными с ламелями анодно-резонаторной системы через одну, причем щель связи вывода энергии параллельна торцу стабилизирующего резонатора.