более Кроме резонаторов типа щель-отверстие применяют также резонаторы щелевого и лопаточного типов <см рис. 3.12)

Анодный блок является фактически корпусом прибора, поэтому конструктивно удобно его заземлять, подавая отрицательное напряжение питания -на катод

Катодный узел 4 (в сечении АА условно не разрезан) состоит из металлического керна 15, на поверхности которого в пределах высоты анодного блока образован эмиттирующий слой 9 Внутри катода располагается подогреватель 8. Выводы катода 15 и подогревателя 14, 15 проходят через керамические 13 (или стеклянные) герметизирующие изоляторы Рассматриваемый катодный узел имеет аксиальную конструкцию с вертикальным выводом через отверстие в магнитной системе, так же как изображенные на рис. 2.17, б, в

Для того чтобы распределение СВЧ-поля по толщине анодного блока 1 было равномерным, последнюю, а следовательно, н длину эмиттирующей части катода выбирают так, чтобы выполнялось неравенство

/, = /,<Х/(4-ь5). (8.1)

Анодные блоки большей толщины и соответственно более длинные катоды применяют только в сверхмощных магнетронах

Радиусы анодного блока г„ и катода определяются рабочей длиной волны, на которую должна быть настроена PC магнетрона, и связаны между собой соотношением S = rjr = 1,5-7- 2,5 Таким образом, размеры эмиттирующей поверхности катода ограничены и уменьшаются с укорочением рабочей длины волны магнетрона. Это приводит к тому, что плотность тока эмиссии, которую требуется получить с магнетронных катодов, чрезвычайно высока, особенно в миллиметровом диапазоне длин волн, где у магнетронов обычной конструкции она может достигать значений 160-200 А/см (в импульсе).

При работе магнетрона (см § 2 3, п. 2) часть эмиттиро-ванных катодом электронов возвращается обратно на катод Эти электроны дополнительно разогревают его и выбивают вторичные электроны. За счет этого явления, которое назы вается обратной бомбардировкой, на катоде магнетрона рассеивается от 3 до 15 % мощности, отбираемой у источника питания. Так как обратная бомбардировка, возникающая после начала генерации, может

привести к значительному перегреву катода, целесообразно снижать напряжение накала после подачи напряжения или совсем отключать питание подогревателя, возможность чего часто предусматривается в схемах питания мощных магнетронов.

Еще одно явление, осложняющее работу катода магнетрона, - это искрение, возникающее у поверхности катода, как правило, в импульсном режиме при больц]их анодных токлх и напряжениях. Полностью избежать искрения не удается, поэтому для небольшого (в процентном отношении) количества импульсов оно считается нормальным явлением. Однако при искрении из катода вырываются частицы эмиттирующего слоя, что с течением времени может привести к полному разрушению катода или к недопустимому снижению тока эмиссии. Обычно интенсивность искрения высока в начале работы прибора, когда при подаче высокого напряжения из катода или анода выделяются пары или газы. По мере увеличения тренированности прибора газовыделение уменьшается, число искрений снижается, снова возрастая к концу срока службы магнетрона.

Перечисленные явления: высокая плотность тока эмиссии, обратная бомбардировка катода и искрение - сильно ограничивают срок службы катода, а следовательно, и всего магнетрона.

Если конструкция катодной ножки неудачна, то происходит заметная утечка энергии СВЧ через катодный вывод как на основной частоте, так и на ее гармониках и на частотах паразитных видов колебаний. При этом эффекте, если его не удается подавить внутри магнетрона, необходимо для обеспечения электромагнитной совместимости тщательно экранировать магнетронный передатчик.

Вывод энергии из магнетрона чаще всего осуществляют с помощью петли связи 5, помещаемой в один из резонаторов анодного блока. Петля связи либо соединена с центральным проводником 10 герметизированного коаксиального разъема, либо переходит в штырь, электрически возбуждающий вывод энергии, выполненный, например, на прямоугольном волноводе. При использовании прямоугольных и круглых волноводов применяют также щелевую связь выходного волновода с одним из резонаторов магнетрона.

Размер магнитной системы магнетрона часто определяет массу и габариты магнетронного генератора. Современные магнетроны обычно имеют пакетирован-

ную конструкцию, т. е. поставляются заводом-изготовителем вмонтированными в магнитную систему. В герметизирующие объем прибора крышки 12 впаивают стальные полюсные наконечники 7 кольцевой формы, к которым плотно прилегают полюсы постоянного магнита 6. Через отверстие в них и в полюсных наконечниках пропускают катодную ножку и трубку для откачки магнетрона 16. Встраивание полюсных наконечников в корпус прибора позволяет уменьшить длину немагнитного зазора и, следовательно, массу магнитной системы. Для выравнивания постоянного магнитного поля в пространстве между анодом и катодом на керне последнего 15 крепят пермаллоевые кольца 17.

В конструкции современных магнетронов, как правило, включают также узел перестройки частоты.

§ 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАГНЕТРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

В пространстве взаимодействия магнетрона, т. е. между анодом и катодом, электроны движутся под действием двух статических полей: электрического с напряженностью *

£~£,/(Га-г,), (8.2)

(где - напряжение между анодом и катодом) и магнитного с индукцией В, которое направлено ортогонально электрическому. Под действием двух сил: электрической (2.8) и магнитной (2.9) - электрон движется по циклоидальным траекториям, если электроды магнетрона плоские В кольцевом пространстве взаимодействия электроны движутся по эпициклоидальным траекториям. Радиус образующего эти кривые круга в соответствии с (2.12) и (2.18)

R=jEj[{r,-r,)B% (8.3)

где m и е - масса и заряд электрона.

При этом, как видно из рассмотрения рис. 2.3, в зависимости от соотношения анодного напряжения и индукции постоянного магнитного поля возможны три режима работы такого диода: докритический, в котором 2R >

* Приближенный характер (8.2) определяется тем, что электроды в магнетроне не плоские, а имеют цилиндрическую поверхность. Однако ширина пространства взаимодействия г, - Гк мала сравнительно с его длиной л (Га + г^) по средней окружности. Поэтому погрешность формулы (8,2) невелика.