Магнетронный генератор, как работает магнетрон

По-иному работает другой источник сверхбыстрых колебаний - магнетронный генератор. В обыкновенной радиолампе движение электронов регулируется электрическим полем, которое создается электрически заряженными анодом и сеткой.

Но электроны подчиняются не только действию электрических сил. Движением их можно управлять и при помощи магнитного поля. Были разработаны лампы, в которых на электронный поток одновременно действуют электрическое и магнитное поля. Такие лампы называются магнетронами.

Магнетрон имеет всего два электрода: анод - цилиндрической формы и прямолинейный катод, совпадающий с осью анода. Магнетрон находится между полюсами сильного магнита и расположен так, что силовые линии магнитного поля пронизывают внутреннее пространство вдоль оси анода.

Когда электроны покидают катод, они попадают в сферу действия электрического поля анода и поля магнита. Сила электрического поля влечет электроны к аноду, и они устремляются туда по самым коротким путям - по радиусам.

Им приходится пересекать силовые линии магнитного поля. При этом на электроны начинает действовать новая сила, которая отклоняет их в сторону. Она искривляет путь электронов, «закручивая» их вокруг магнитных силовых линий.

Влияние магнитного поля на движение электронов в магнетроне; по мере усиления магнитного поля траектории электронов все более и более искривляются

Рис. 1. Влияние магнитного поля на движение электронов в магнетроне; по мере усиления магнитного поля траектории электронов все более и более искривляются.

Влияние слабого магнитного поля на полет электронов еле заметно: их пути до анода остаются почти прямолинейными. Сильное же магнитное поле заставляет электроны лететь по кривым линиям.

При определенных условиях электроны не станут попадать на анод, т. е., не долетая до него, будут возвращаться на катод; при этом анодный ток прекратится.

Анодное напряжение и силу магнитного поля подбирают так, что поворот электронов происходит у самой поверхности анода.

Электроны летят к аноду непрерывным потоком. На место тех, которые повертывают обратно, появляются новые. В результате вблизи анода возникает своего рода электронное облачко. Все электроны этого облачка, подчиняясь действию магнитного поля, движутся в одну и ту же сторону и образуют непрерывный кольцевой поток. Его нетрудно «подтянуть» почти вплотную к аноду, регулируя анодное напряжение.

Если к магнетрону подключить колебательный контур, то получится схема генератора, способного создавать незатухающие колебания.

Малейший электрический «толчок» в схеме нарушает равновесие и вызывает пульсации электронного потока. Так как этот поток почти касается поверхности анода, электроны начинают попадать на анод.

В анодной цепи возникают импульсы тока, которые создают колебания в контуре.

Современный магнетрон (показан в разрезе), применяемый для генерации наиболее коротких радиоволн

Рис. 2. Современный магнетрон (показан в разрезе), применяемый для генерации наиболее коротких радиоволн.

В дальнейшем стал применяться более совершенный тип магнетрона. Для повышения мощности и устойчивости колебаний анод магнетрона стали делать разрезным. Его делят на несколько равных сегментов, к которым подключается колебательный контур.

Принцип устройства магнетрона известен уже около тридцати лет. Но создать мощный генератор сверхбыстрых электромагнитных колебаний на основе этого принципа удалось не сразу.

По конструкции магнетроны очень разнообразны. Некоторые из них работают с отдельными колебательными контурами. В других типах контур составляет одно целое с лампой и помещается в баллоне емкостью контура в этом случае является емкость между сегментами анода.

В магнетронах, работающих на самых коротких волнах, роль контура выполняет система полых резонаторов, выточенных в виде продольных круглых отверстий или пазов в массивном теле анода. Такой тип магнетрона впервые разработали советские ученые Н. Ф. Алексеев и Д. Е. Маляров.

Обычно магнетрон этого типа имеет четное число резонаторов: 8, 10, 12 и т. д. Это цилиндрические продольные полости, расположенные по кругу.

Они сообщаются с центральной полостью, где помещен катод, узкими продольными щелями. Таким образом, поперечное сечение каждой резонаторной камеры напоминает по виду подкову.

Для получения сильных токов катод магнетрону делают больших размеров. Он испускает во всех радиальных направлениях мощный поток электронов.

При любом электрическом «толчке» в схеме (например, при ее подключении к источникам электропитания) в резонаторах магнетрона возникают колебания. В результате возле щелей, где движется электронное облачко, будет действовать переменное электрическое поле.

Вращающийся электронный поток в центральной полости магнетрона

Рис. 3. Вращающийся электронный поток в центральной полости магнетрона.

Электроны вращающегося потока в разное время проходят мимо резонаторных щелей, значит, одни из них испытывают торможение, другие ускорение.

В однородном облачке возникают сгущения и разрежения, поток электронов разбивается на отдельные уплотненные сгустки так же, как это происходит в клистроне.

Магнетрон в рабочем положении

Рис. 4. Магнетрон в рабочем положении.

Электронные сгустки располагаются вокруг катода подобно спицам в колесе. Это электронное «колесо» быстро вращается. Пролетая мимо резонаторных щелей последовательно друг за другом, сгустки электронов сообщают резонаторам мощные электрические «толчки» и тем самым поддерживают возникшие в них колебания.

Отдавая свою энергию резонаторам, электроны в конце концов попадают на анод, но с катода прибывают все новые и новые порции электронов, и поэтому электронное облачко не пропадает.

В магнетроне устанавливаются незатухающие колебания сверхвысокой частоты.

Резонаторные полости связаны между собой короткими металлическими перемычками - связками и составляют единую колебательную систему. Частота возбуждаемых колебаний определяется размерами резонаторов.

Для вывода энергии этих колебаний служит специальный отвод в виде небольшой металлической петли, помещенной в одной из резонаторных полостей.

Магнетрон способен создавать колебания, обеспечивающие получение волн до одного сантиметра длиной и даже короче. Он незаменим в радиопередатчиках, работа которых требует колебаний большой мощности, и может успешно работать в импульсном режиме (генерировать кратковременные импульсы).

Благодаря этому магнетрон получил широкое применение в технике ультракоротких волн и особенно в радиолокации.

Ф. Честнов - "В мире радио", 1954г.

1
1804
Добавить комментарий