www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Магнетрон

Рисунок 1: МИ 29Г – магнетрон сантиметрового діапазону хвиль

Рисунок 1: МИ 29Г – магнетрон сантиметрового діапазону хвиль

Магнетрон

В дециметровому та сантиметровому діапазонах хвиль ефективним генераторним приладом є багаторезонаторний магнетрон.
Магнетрон – це прилад для генерування електромагнітних коливань надвисокої частоти (НВЧ), дія якого заснована на взаємодії електронів, що рухаються в магнітному полі по криволінійним траєкторіям, із збуджуючим електромагнітним полем.

Будова магнетронів

Типовий багаторезонаторний магнетрон являє собою пристрій (Рисунок 2), в центрі якого вздовж вісі розташований циліндричний катод з підігрівачем, оточений багаторезонаторною системою, виконаною в мідному анодному блоці. Магнітна індукція направлена вздовж вісі магнетрону. Анодна напруга Ua між анодом і катодом створює електричне поле, перпендикулярне магнітному.

Resonator des Magnetrons als Schwingkreis dargestellt

Рисунок 3: Найпростіша еквівалентна схема резонатору

Рисунок 2: Схема конструкції магнетрону

Resonator des Magnetrons als Schwingkreis dargestellt

Рисунок 3: Найпростіша еквівалентна схема резонатору

Schnittmodell eines Magnetrons
Проводи підігріву
резонатор
катод
простір взаємодії
резонатор
Анодний блок
зонд
коаксіальна лінія

Рисунок 2: Схема конструкції магнетрону

Проводи підігріву
резонатор
катод
простір взаємодії
резонатор
Анодний блок
зонд
коаксіальна лінія

Рисунок 2: Схема конструкції магнетрону

Schnittmodell eines Magnetrons
Проводи підігріву
резонатор
катод
простір взаємодії
резонатор
Анодний блок
зонд
коаксіальна лінія

Рисунок 2: Схема конструкции магнетрона

Простір між катодом та анодним блоком називається простором взаємодії. В цьому просторі електрони взаємодіють з НВЧ полем резонаторної системи. Керування електронами в магнетроні здійснюється шляхом впливу на електронний потік постійних електричного та магнітного полів. Ці поля діють в площинах, перпендикулярних одна до одної (схрещені поля). Електричне поле направлено радіально від анодного блоку до катоду. Магнітне поле, рівномірне в просторі взаємодії, направлено вздовж катоду.

Anodenformen von Magnetrons

Рисунок 4: Найбільш розповсюджені типи магнетронних резонаторів

Рисунок 4: Найбільш розповсюджені типи магнетронних резонаторів

Anodenformen von Magnetrons

Рисунок 4: Найбільш розповсюджені типи магнетронних резонаторів

Розповсюджені типи магнетронних резонаторів (Рисунок 4):

  1. резонатори типу «щілина – отвір»
  2. лопаткові (секторні) резонатори;
  3. резонатори з різними розмірами;
  4. циліндричні резонатори.
Епитрохоїдальні траєкторії електронів в циліндричному магнетроні..

Рисунок 5: Епитрохоїдальні траєкторії електронів в циліндричному магнетроні.

Рисунок 5: Епитрохоїдальні траєкторії електронів в циліндричному магнетроні.

Рисунок 5: Епитрохоїдальні траєкторії електронів в циліндричному магнетроні.

В статичному режимі, без впливу резонаторів і коли відсутні високочастотні коливання, електричне поле прискорює електрон в радіальному напрямку від катоду до аноду. Магнітне поле відхиляє електрон в сторону, так, що вони рухаються круговими доріжками. Лінійна швидкість центру круга визначається відношенням напруженості електричного поля до магнітної індукції.

Рисунок 6: Розподіл електричного поля НВЧ і траєкторії електронів

Рисунок 6: Розподіл електричного поля НВЧ і траєкторії електронів

Рисунок 6: Розподіл електричного поля НВЧ і траєкторії електронів

В керуванні електронним потоком бере участь також високочастотне поле резонаторів. Електромагнітні поля резонаторів пов’язані між собою через простір взаємодії та торцеві порожнини. Електрони, що рухаються, набуваючи кінетичну енергію від імпульсного модулятора, взаємодіють з високочастотним електричним полем резонаторів та поповнюють енергію поля.

Dichtemodulierte Elektronenströmung ausgeprägt als sich drehendes „Speichenrad”

Рисунок 7: Обертальний електронний потік генеруючого магнетрона

Рисунок 7: Обертальний електронний потік генеруючого магнетрона

Dichtemodulierte Elektronenströmung ausgeprägt als sich drehendes „Speichenrad”

Рисунок 7: Обертальний електронний потік генеруючого магнетрона

Електронний потік в генеруючому магнетроні має «спицеподібний» вигляд (Рисунок 7) та обертається в просторі взаємодії.

Вивід енергії – коаксіальний, здійснюється за допомогою петлі, включеної до одного з резонаторів. В просторі взаємодії магнетрону протікають емісійні і вторинно-емісійні процеси, відбувається формування електронних згустків та здійснюється передача енергії високочастотному полю.