Основы радиолокации

Магнетрон

В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн эффективным генераторным прибором является многорезонаторный магнетрон.
Магнетрон это прибор для генерации электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ), основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магнитном поле по криволинейным траекториям с возбуждаемым электромагнитным полем.

Устройство магнетронов

Типичный многорезонаторный магнетрон представляет собой устройство (рис. 2), в центре которого вдоль оси расположен цилиндрический катод с подогревателем, окруженный многорезонаторной системой, выполненной в медном анодном блоке. Магнитная индукция направлена вдоль оси магнетрона. Анодное напряжение U_a между анодом и катодом создает электрическое поле, перпендикулярное магнитному.

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

Рисунок 3: Простейшая эквивалентная схема резонаторa

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля
свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

подогревательных
проводов

резонатор

катод

пространство
взаимодействия

резонатор

анодный блок

петля свяэи

коаксиальная линия

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

Пространство между катодом и анодным блоком называется пространством вэаимодействия. В этом пространстве электроны взаимодействуют с СВЧ полем резонаторной системы. Управление електронами в магнетроне осущесвляется путем воэдействия на електронны поток постояииых електрического и магнитое полей. Эти полея действуют в плокостях, перпендикулярных друг другу (срещенные поля). Электрическое поле направлено радиально от анодного блока к катоду. Магнитное поле, равномерное в пространстве взаимодействия, направлено вдоль катода.

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Рисунок 4: Наиболее распространенные типы магнетронных резонаторов

Распространенные типы магнетронных резонаторов:

1. резонаторы типа «щель — отверстие»
2. лопаточные (секторные) резонаторы
3. резонаторы с разными размерами
4. цилиндрические резонаторы

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

Рисунок 5: Эпитрохоидальные траектории электронов в цилиндрическом магнетроне.

В статическом режиме, без влияния резонаторами u когда отсутствуют высокочастотные колебания, электрическое поле ускоряет электрон в радиальном направлении от катода к аноду. Магнитное поле отклоняет электрон со стороны, так, что они занимают круговые дорожки. Линейная скорость центра катящегося круга определяется отношением напряженности электрического поля к магнитной индукции.

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

Рисунок 6: Распределение электрического поля СВЧ u траектории электронов

В управлении електронным потоком участвует также высокочастотное поле реэонаторов. Электромагнитные поля резонаторов связаны между собой через пространство взаимодействия и торцовые полости. Движущиеся електроны, приобретая кинетическую енергию от импульсного модулятора, взаимодействует с высокочастотным електрическим полем резонаторов и пополняют энергию поля. Для поддержания рабочего вида колебаний в рассматриваемом магнетроне использованы связки.

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Рисунок 7: Вращающийся електронный поток генерирующего магнетрона

Электронный поток в генерирующем магнетроне имеет «спицеобразный» вид (рис. 7) и вращается в пространстве взаимодействия.

Вывод энергии — коаксиальный и осуществляется с помощью петли, включенной в один из резонаторов. В пространстве взаимодействия магнетрона протекают эмиссионные и вторично-эмиссионные процессы, происходит формирование электронных сгустков и осуществляется передача энергии высокочастотному полю.