Магнетронного типа приборы

Магнетронного типа приборы, класс электровакуумных приборов СВЧ (300 Мгц — 300 Ггц), в которых движение электронов происходит в скрещенных постоянных электрических и магнитном полях и электромагнитном поле СВЧ, М. т. п. используются для генерирования и усиления колебаний в радиолокационных и навигационных устройствах, устройствах космической связи, линейных ускорителях, медицинских аппаратах, установках нагрева токами СВЧ и т.д. В М. т. п. постоянное электрическое поле создаётся в промежутке анод — катод (так называемое пространство взаимодействия), а постоянное магнитное поле — перпендикулярно силовым линиям постоянного электрического поля и направлению движения электронов (в М. т. п. цилиндрической конструкции — вдоль оси катода). Условия обратной связи между электромагнитным полем и электронным потоком, необходимые для самовозбуждения колебаний в М. т. п., легко выполняются. Благодаря обратной связи электроны, которые в результате взаимодействия с электромагнитным полем отдают ему часть своей энергии, приобретённой от источника постоянного напряжения, смещаются к аноду и в итоге попадают на него, а те электроны, которые отбирают от электромагнитного поля часть энергии, возвращаются на катод, бомбардируя его. Явление электронной бомбардировки используется в некоторых мощных М. т. п. для поддержания необходимой температуры катода. Для осуществления эффективного и длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем должна соблюдаться синхронность их движения, то есть равенство скорости переносного движения электронов v_e с фазовой скоростью бегущей волны поля.

  М. т. п. обладают свойством многофункциональности, то есть эффективно работают в разных электрических режимах и условиях эксплуатации, и высоким кпд (до 90%); способны генерировать и усиливать колебания в весьма широкой области электромагнитных волн (от метровых до миллиметровых волн), генерировать колебания большой мощности (до нескольких сотен квт непрерывной и до нескольких десятков Мвт импульсной мощности) при относительно низких анодных напряжениях (до 50 кв), перестраиваться по частоте в широком диапазоне (до 20% механическим и до 100% электрическими способами), усиливать колебания в широкой полосе частот (до 20% и более) при достаточно больших коэффициентах усиления (до 20 дб и более).

  Прототипом всех М. т. п. является многорезонаторный магнетрон — наиболее известный прибор этого класса (см. рис.).

  На магнетронном принципе взаимодействия электронного потока с электромагнитным полем создано множество разновидностей приборов (генераторов и усилителей), различающихся конструктивным исполнением замедляющих систем и устройств формирования электронного потока. В соответствии с этими признаками различают 3 семейства М. т. п.: 1) с замкнутыми в кольцо замедляющей системой и электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия); 2) с электрически разомкнутой замедляющей системой и замкнутым в кольцо электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия); 3) с замкнутыми или разомкнутыми замедляющими системами и инжектированным электронным потоком (с катодом, вынесенным из пространства взаимодействия).

  К первому семейству приборов главным образом относятся: многорезонаторный магнетрон, или магнетрон бегущей волны, в котором замедляющая система обладает ярко выраженными резонансными свойствами, то есть колебания возбуждаются на дискретных частотах, рабочим видом колебаний является так называемый p-вид или p/2-вид, возможна перестройка частоты колебаний механическим или электрическим способом в небольших пределах (3—10%); коаксиальный магнетрон (разновидность многорезонаторного магнетрона) с перестройкой частоты (до 20%) и стабилизацией её посредством внешнего или внутреннего высокодобротного объёмного резонатора, аксиального с резонаторной системой магнетрона и возбуждаемого на волне типа H₀₁₁; регенеративно-усилительный магнетрон, в котором возбуждение колебаний p-вида и управление их частотой осуществляется внешним сигналом малой мощности, вводимым обычно через циркулятор в сильно нагруженную резонаторную систему; магнетрон, настраиваемый напряжением (митрон), в котором сильно нагруженная колебательная система (обычно стержневого типа) обладает слабо выраженными резонансными свойствами и ток эмиссии катода ограничен, вследствие чего на малых уровнях мощности достигается перестройка частоты напряжением в широком диапазоне (до одной октавы и более).

  Ко второму семейству приборов главным образом относятся: карматрон — генератор обратной волны, в котором обычно используется замедляющая система стержневого типа (чаще типа «встречные штыри») с поглотителем энергии внутри и частота колебаний перестраивается напряжением; амплитрон — мощный усилитель обратной волны с согласованными входным и выходным устройствами и полосой усиливаемых частот до 10% от средней частоты (при отражениях энергии СВЧ на входе и выходе и температурном ограничении тока эмиссии амплитрон может работать как автогенератор с перестройкой частоты); стабилотрон — высокостабильный генератор с механической перестройкой частоты, состоящий из амплитрона, делителя мощности отражающего типа, фазовращателя и высокодобротного стабилизирующего резонатора (в литературе часто встречается термин платинотрон как обобщённое название для амплитрона и стабилотрона); ультрон — усилитель прямой волны с более широкой полосой усиливаемых частот (до 20%) и более высоким коэфф. усиления (до 30 дб), чем у амплитрона.

  К третьему семейству приборов главным образом относятся: лампа обратной волны магнетронного типа (ЛОВМ) с перестройкой частоты генерируемых колебаний напряжением в широком диапазоне (до 20%); лампа бегущей волны магнетронного типа (ЛБВМ) с широкой полосой усиливаемых частот (до 20%) и высоким коэффициентом усиления (до 20 дб).

  Лит.: Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями, перевод с английского, т. 1—2. М., 1961; Лебедев И. В., Техника и приборы сверхвысоких частот, т. 2, М. — Л., 1972; ГОСТ 17104-71. Приборы магнетронного типа. Термины и определения, М., 1971.

  Д. Е. Самсонов.

Упрощённое изображение пространства взаимодействия магнетрона: а — распределение высокочастотного электрического поля при колебаниях p-вида; б — форма электронного облака при колебаниях p-вида. 1 — замедляющая система (анод); 2 — катод; 3 — граница электронного облака; 4 — форма траекторий электронов;  — силовые линии постоянного электрического поля;  — силовые линии электрического поля СВЧ; В — силовые линии индукции магнитного поля; v_e — скорость переносного движения электронов.