Двухчастотный сетевой магнетрон Советский патент 1989 года по МПК H01J25/58 

Изобретение относится к магнетронам, предназначенным для СЕЧ нагрева а именно к так называемым двухчастот ным сетевым магнетронам (ДЧСМ), содержащим в единой вакуумной оболочке две колебательные системы (КС),то есть два многорезонаторных анода и два катода, и общий вывод энергии (ВЭ), Такие магнетроны запитываются по простым двухполупериодным без- выпрямительным схемам и обеспечивают повышенную равномерность нагрева различных диэлектрических материалов.

Известные двухчастотные сетевые магнетроны конструктивно выполнены таким образом, что их колебательные системы расположены в одной плоское- тн, то есть их оси разнесены одна от другой на расстояние, несколько превышающее сумму радиусов многоре- зонаторных анодов.

Выходное устройство известных двучастотных сетевых магнетронов обеспечивают работу в коротковолновой части дециметрового диапазона волн. Применение волноводного вывода энергии в длинноволновых магнетронах (например, при f 0,915 ГГц) приводит к чрезмерно большим размерам по- следних и оправдано лишь в оченьмощных магнетронах.

Наиболее близким техническим решением является двухчастотный сетевой магнетрон, содержащий в единой вакуумной оболочке две колебательные системы и общий коаксиальный вывод энергии, включающий линию с вакуумным окном на одном конце.

Магнетрон содержит два боковых коаксиальных плеча с данной, приблизительно равной четверти рабочей длины волн и в длинноволновом йсполне- НИИ из-за большой длины боковых плеч оказывается неработоспособным из-за деформации последних при работе магнетрона, приводящих к нарушению оптимальной связи колебательной системы с общим коаксиальным трактом, В связи с этим известные двухчастотные сетевые магнетроны нашли применение в относительно коротковолновом диапазоне волн, выделенном для народнохозяй ственных целей (2,45 или 2,375 ГГц + + 2%), Конструкции известных двухчас- тотных сетевых магнетронов тем более не могут быть применены в том случае если генерация осуществляется на сильно разнесенных частотах, например 0,915 и 2.45 ГГц. Цель изобретения - увеличение разницы генерируемых частот и упрощение конструкции, что о.беспечит возможность работы одновременно в двух диапазонах, выделенных дпя народнохо зяйственных целей - 2,45 и 0,915 ГГц Такой магнетрон значительно повышает равномерность нагрева и увеличивает глубину проникновения СВЧ энергии в различные диэлектрические материалы. Сущность изобретения заключается во. введении в коаксиальную линию закорачивающего элемента на втором ее конце, подключении к ней колебательных систем на расстоянии четверти генерируемой длины волны от этого элемента. Кроме того, закорачивающий элемент выполнен в виде щайбь с бесконтактным поршнем дпиной ( / i длина волны коротковолновой системы) При этом две колебательные системы, рассчитанные каждая на свою рабочую частоту, из которых одна является относительно низкой (например, 0,915 ГГц), а другая - более высокой (например 2,45 ГПд), соединены с общей коаксиальной линией, имекщей на одном конце вакуумное окно, а на дру гом - закорачивающий элемент (заглушку), с помощью коротких отрезков коаксиапов (боковых плеч), отстоящих одно от другого и от заглушки, на расстоянии, определяемом рабочими частотами колебательных систем,Такая конструкция двухчастотного сетевого магнетрона может быть применена и при относительно малом разделении частот, определяемом соотношением I Д ч 1 fcp QH где Д f - разность между рабочими частотами колебательной системы; fj.p - средняя частота Q - нагруженная добротность колебательной системы. Поскольку закорачивающий элемент является дпя обеих систем,четвертьволновые отрезки коаксиальной линии оказываются совмещенными и габариты прибора резко сокращаются. На фиг.1 приведена схема магнетрона с сильно отлйчакнцимися генерируемыми длинами волн; на фиг.2 - схема длинноволнового магнетрона с близкими частотами обеих систем; на фиг.З- схема коротковолнового магнетрона с близкими частотами систем; нафиг 4 - схема магнетрона с сильно отличающимися частотами систем и с использованием бесконтактного поршня. Магнетрон содержит коротковолновую (КБ) колебательную систему 1, длинноволновую (ДБ) систему 2, закорачивающий элемент 3, коаксиальную линию 4, вакуумное окно 5, боковые отрезки коаксиала 6 и 7, поршень 8. На фиг,1 КБ система 1 расположена ДБ системой 2 и закорачивающим элеMgHTOM 3, обе колебательные системы подсоединены к коаксиальной линии с помощью коротких отрезков 6 и 7 с одной и той же стороны общей коаксиальной линии 4 на расстоянии от элемента 3, равном, соответственно L -2l L - где - 4 дпина волны, генерируемая длинноволновой системой. При генерации двух колебательных систем в линии 4 распространяются две волны. Минимальные значения напряжений обоих волн U. и Ug находятся приблизительно в плоскости элемента 3, Обе колебатель- ные системы подключены к линии 4 в ти максимальных значений напряжений U и и„, что обеспечивает сильную связь обеих КС с линией 4, Необходимая внешняя добротность каждой колебательной системы экспериментально подбирается величиной электромагнитной связи боковых отрезков 6 и 7 с системами 1 и 2, . Если обе колебательные системы магнетрона имеют близкие частоты,то есть /.,- Но (например - и) 4%), .то связь с линией 4 выполняет57ся одним из нижеописанных способов, в зависимости от величины . - jK-lJi Лор -2 При относительно большой величин (фиг,2), например 32,8 см, диаметры резонаторных систем 1 и 2 обыч но .значительно меньше величины jt --- «Подсоединение обеих колебател ных систем 1 и 2 к линии 4 осуществляется так же как и на фиг.1, то есть с одной и той же стороны линии 4, с той лишь разницей, что отрезки 6 и 7 сближены друг к другу до величины, близкой к сумме радиусов резонаторных систем. При этом рассто % т ч tp яние Ьд -т расстояние L , , 2-4f 4 Подсоединение колебательной системы к линии 4 осуществляется в области достаточно больших значений высокочастотных напряжений и связь колебательных систем 1 и 2 с линией 4 полу чается также достаточно большой.При наличии к этом случае разницы в значениях внешних добротностей систем 1 и 2 устранение этой разницы легко достигается подбором связи боковых отрезков 6 и 7 с резонаторными. систе мами 1 и 2 и места расположения эле L, + LZ мента 3 на расстоянии -7-о- При относительно небольшой величине . (например, 12,2 см) диа метры резонаторных систем обычно соизмеримы с ср /4, поэтому колебатель ные системы 1 и 2 расположены по обе стороны от линии 4, как показано на фиг.З, Подсоединения боковых отрезков 6 и 7 к линии 4 к одной и той же плоскости (то есть при L« - L. О L L - --f- ) приводит к сильному 2 , 4 влиянию фазы ВЧ нагрузки при больших значениях на величину мощности генерируемой обеими колебательными системами, поскольку обе системы при любой фазе нагрузки работают прибли- зительно в одинаковой; фазе. Поэтому целесообразно точки подсоединения боковых образцов 6 и 7 к линии 4 разнести как и в предыдущем варианё (фиг,2) на расстояние LJ- Расположение колебательных систем с обеих сторон линии 4 можно осуществить и при большой разности рабочих частот колебательных систем 1 и 2 магнетрона. В этом случае боковые отрезки 6 и 7 могут быть подсоединены к линии 4 в одной плоскости . (фиг,4). Закорачивающий элемент 3 должен отстоять от места подсоединения боковых отрезков 6 и 7 на расстоянии определяемое длинноволновой системой, а между элементом 3 и плоскостью подсоединения боковых отрезков помещается четвертьволновый бесконтактный поршень, ук- . репленный на элементе 3 и рассчитанный на дпину волны КБ колебательной системы 1. Этот порщень расположен от места подсоединения боковых отрезков 6 и 7 на расстоянии й(/4. Такая конструкция работоспособна при 1п 2 Я и обеспечивает относительно небольшое изменение выходной мощности обеих колебательных систем при работе магнетрона на рассогласованную нагрузку. Сохранение равенства анодных напряжений при использовании идентичных катодов, имеющих, следовательно, одинаковые параметры накала, в приборах с большой разницей частот систем достигается при разном числе резонаторов в обеих системах, причем ,Ng .8, при 12,2 см, ;ig 328 см. При к системы лишь незначительно отличаются диаметрами, Во всех магнетронах может быть применена малогабаритная магнитная система на основе сплава самарий-кобальт, В случае T..7io значения магнитной индукции в в обоих рабочих зазорах двухчастотного сетевого магнетрона одни и те же; в случае большой разницы частот В„..7 Ва , что достигается простым увеличением магнитного зазора в ДВ системе. Волновое сопротивение линии 450 Ом, боковых - приблизительно такое же :--или несколько больше. Длина боковых отрезков коаксиалов - 4-8 мм. Отличительной особенностью режима агнетронов, схематично приведенных на фиг. 1 и 2 является слабая зависиость выходной мощности от фазы ассогласованной (К. ) нагрузки. Изменение мощности не превышает 0-25% при л ЗбО и 3, В агнетронах, схематично изображенных

772

на фиг.З и 4,это изменение составляет 40-60%, если боковые отрезки 6 и 7 подключены в одной и той же попе- j e4HOA плоскости линии 4 (Lj- L О, фиг.З,диапазон частот экспериментального двухчастотного сетевого магнетро- на 2,45 ГГЦ ±2%) или отсутствует бесконтактный поршень 8 (фиг,4, экспериментальный образец проверен при забочих частотах 2,45 и 0,915 ГГц). Выполнение-магнетронов в соответствии со схемами фиг.З и 4 позволило уменьшить перепад выходной мощности, вызванный изменением фазы нагрузки в

360°

при 3 до 20-30%.

8

Относительно малое изменение выходной мощности при работе двухчасгтотного сетевого магнетрона на на грузку с большим Kj.pU сохраняется при любой длине,ВЧ тракта и является дополнительным преимуществом магнетрона по сравнению с известными двухчастотными сетевыми магнетронами, в которых это достоинство реализуется лишь при определенной длине тракта. Использование изобретения позволяет повысить качества СВЧ нагрева, упростить конструкцию СВЧ генераторов и повысить надежность их работы.

1. ДВУХЧАСТОТНЬЙ СЕТЕВОЙ МАГБЕТРОН, содержащий в единой вакуумной оболочке две колебательные системы и общий коаксиальный вывод энергии, включающий линию с вакуумным окном на одном конце, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения разницы генерируемых частот, линия снабжена закорачивакяцим элементом на втором конце, а колебательные системы подключены к ней на расстоянии четверти генерируемой длины волны от закорачивающего элемента,2. Магнетрон, по п.1, о т л и - чающийся тем, что закорачивающий элемент выполнен в виде шайбы с бесконтактным поршнем длиной, равной четверти длины волны коротковолновой системы.

«1М.Г

I ц..а