к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Магнетрон

Магнетрон - электровакуумный генератор электромагнитных колебаний СВЧ, основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магн. поле, с возбуждаемыми ими электромагнитными полями. Основу конструкции магнетрона составляет коаксиальный цилиндрический диод с внутренним электродом - катодом в однородном магнитостатическом поле, направленном вдоль его оси. Эмитированные катодом электроны совершают дрейфовое движение поперёк скрещенных статических электрического Е0 и магнитного Н0 полей (2561-13.jpg |, образуя замкнутый поток вокруг катода.

Анод многорезонаторного М.- массивный полый цилиндр, во внутр. части к-рого вырезаны объёмные резонаторы со щелями, выходящими на поверхность (рис. 1). Последовательность резонаторов образует периодич. структуру на поверхности анода и обусловливает азимутальное замедление вращающихся эл--магн. волн, для к-рых всё пространство М. является единым высокодобротным объёмным резонатором. Энергообмен электронного потока с эл--магн. полями в М. обусловлен их непрерывным взаимодействием в условиях синхронизма ср. скорости электронов с фазовой скоростью одной из мод единого резонатора (рабочей модой, см. ниже).

2561-14.jpg

Рис. 1. Схематическое изображение многорезонаторного магнетрона: а - общий вид; б - сечение плоскостью, перпендикулярной H0.


Формирование и свойства электронного потока. В предгенерац. период в невозмущённом СВЧ-полями потоке азимутальное и радиальное перемещения электронов, в соотв. с интегралами угл. момента и анергии, характеризуются скоростями

2561-15.jpg

где г, 2561-16.jpg- полярные координаты, t - время, е, m - заряд и масса электрона, 2561-17.jpg - циклотронная частота r,к - радиус катода, 2561-18.jpg- потенциал электростатич. поля E0 (на катоде 2561-19.jpg, на аноде 2561-20.jpg). При заданном анодном напряжении U и малых Н0 электроны попадают на анод. С ростом H0, как видно из (2561-21.jpg), увеличивается доля энергии в азимутальном движении, а радиальная скорость уменьшается. При век-ром критич. H0=Hкр (U задано) или при U=Uкp (H0 задано)

2561-22.jpg

траектории электронов только касаются поверхности анода, r=rа. При 2561-23.jpg (или при 2561-24.jpg) происходит т. н. отсечка анодного тока - вершины траекторий оказываются на нек-ром расстоянии от анода (магн. изоляция диода). С уменьшением U (с ростом Н0)поток всё ближе примыкает к катоду, тем самым происходит углубление магнитной изоляции диода. В пренебрежении собств. полями электронного облака движение отдельных частиц представляет собой суперпозицию вращения с частотой wс и дрейфа в скрещенных полях, траектории - эпициклоиды. При интенсивной электронной эмиссии и значит. объёмном заряде в потоке движение частиц несколько трансформируется.

В условиях магн. изоляции диода поток электронов, замыкающийся вокруг катода, образует электронный резонатор с дискретным спектром собств. колебаний типа вращающихся волн с частотами2561-25.jpg2561-26.jpg , где te - ср. время дрейфа вокруг катода, в - целое число. Под действием разл. флуктуации (дробовой шум и др.) н электронном потоке развиваются шумовые колебания, в спектре к-рых в окрестности2561-27.jpg обнаруживаются максимумы интенсивности. Полная энергия шумовых колебаний в предгенерац. периоде 2561-28.jpg от энергии потока. Столь высокий уровень шумовых колебаний может быть связан с развитием разл. волновых неустойчивостей, в т. ч. диокотронной, обусловленной наличием радиального градиента угловой скорости электронов.

Электродинамическая система магнетрона. Для возбуждения генерации необходим синхронизм ср. азимутальной скорости электронов и фазовой скорости возбуждаемых ими волн. Существуют различные периодич. системы замедления вращающихся волн у резонансных типов колебании М.: цепочки связанных резонаторов (рис. 1), гребенчатые структуры и др. (см. Замедляющая система ).Но независимо от конкретного типа резонансной структуры анода её осн. функция состоит в создании СВЧ-полей заданной частоты и конфигурации, способных взаимодействовать с электронным потоком.

Система N резонаторов М. имеет N основных видов колебаний, определяемых сдвигом фаз колебаний 2561-29.jpg внутри соседних элементов структуры (n - целое число). При чётном N невырожденными являются колебания с n=0 (синфазные) и с n=N/2 (2561-30.jpg-вид, противофазные). В этом случае образуются стоячие волны поля. Для остальных n поля имеют вид волн, бегущих по внутр. поверхности анода, а сами колебания являются двукратно вырожденными (одинаковой собств. частотой обладают, напр., колебания с 2561-31.jpg ). Для простейших анодов зависимость длины волны колебаний2561-32.jpg от n имеет вид

2561-33.jpg

где коэф. 2561-34.jpg определяется степенью связи элементов структуры, напр. близостью катода к аноду в масштабе периода структуры,2561-35.jpg- длина волны резонансных колебаний отд. резонаторов структуры.

2561-36.jpg

Рис. 2. Структура электрического поля основной гармоники замедленной полны (колебания2561-37.jpg-вида).

2561-38.jpg

Рис. 3. Виды резонаторных систем магнетрона (а - равно-резонаторная без связок, б - со связками, в - разнорсзонатор-ная) и графики разделения их резонансных частот2561-39.jpg /'2561-40.jpg, где2561-41.jpg-частота колебаний для л-вида, 2561-42.jpg - частота, соответствующая m-му колебанию. В 18-резонаторном магнетроне п = 9 является колебанием 2561-43.jpg-вида.

Самым высокочастотным является p-вид, к-рый обычно используется в качестве рабочего колебания (рис. 2). При больших N соседние колебания имеют близкие собств. частоты и фазовые скорости вращающихся волн. В этом случае возможны возбуждения "паразитных" видов колебаний и перескоки с одного вида на другой. Поэтому для устойчивой работы на колебаниях я-вида часто разрежают примыкающий участок спектра, обычно с помощью двух кольцевых связок, соединяющих соответственно чётные и нечётные элементы системы (рис. 3).

Вывод энергии из М. обычно осуществляется с помощью коаксиальных линий и радиоволноводов через петли связи или щели (рис. 4). При этом нагруженная добротность резонатора 2561-45.jpg . Кои струкция и параметры электродинамич. системы М. варьируются в зависимости от требований к выходным характеристикам прибора (см. ниже).

2561-44.jpg

Рис. 4. Многорезонаторный магнетрон простейшей конструкции: а -общий вид, б - разрез (1 - анодный блок с 8 резонаторами, 2 - катод, 3 - связка, 4 - петля связи, 5 - стержень для присоединения к коаксиальной линии).


Взаимодействие электронов с полями в М. Характеристики М. При включении анодного напряжения шумовые колебания в электронном потоке связываются с колебаниями электродинамич. системы М. Сначала эта связь мала, но как только напряжение U достигнет порогового значения

2561-46.jpg

обеспечивающего синхронизм ср. скорости электронов (и вращающихся собств. волн потока) со скоростью распространения волны в резонаторной системе М., происходит быстрая раскачка колебаний до уровня, определяемого нелинейными механизмами. Характерное время установления колебаний в М. 20-30 периодов колебании.

В основе процессов взаимодействия электронов с СВЧ-полями рабочего вида колебаний лежит явление фазовой группировки. Электроны помимо вращательного циклотронного движения и синхронного с волной дрейфа в статических электрич. и магн. полях2561-47.jpg совершают стационарное дрейфовое перемещение перпендикулярно неоднородному электрич. полю волны 2561-48.jpg (рис. 2) с дрейфовой скоростью2561-49.jpg

Такое перемещение происходит но направлению к аноду в областях благоприятных фаз (при этом траектории "захваченных" волной электронов сближаются по пути к аноду, образуя т. н. "спицы" пространств. заряда, рис. 1, б) и к катоду в областях неблагоприятных фаз. В последнем случае электроны попадают на катод в конце первой же петли траектории и их роль в энергообмене незначительна. Электроны, дрейфующие к аноду, попадают на анод, отдав СВЧ-полю свою потенциальную энергию в количестве, определяемом разностью потенциала анода U и потенциала на вершине первой петли траектории. Поэтому эффективность преобразования энергии электронов в энергию излучения оказывается тем выше, чем глубже магн. изоляция, т. е. чем выше Uкp по сравнению с пороговым 2561-50.jpg

Приближённо ''кпд М. оценивается по ф-ле

2561-51.jpg

С увеличением напряжённости поля H0 и пропорционально ему Е0 кпд и выходная мощность Р растут. Однако на практике такое нарастание ограничивается либо электрич. прочностью конструкции, либо перегревом электродов из-за электронной бомбардировки. Можно поднимать 2561-52.jpg, увеличивая Н0 и сохраняя умеренным поле Е0, однако тогда с ростом замедления уменьшаются размеры прибора, ухудшаются условия фазовой группировки (захвата электронов волной в окрестности катода); при этом быстро падает генерируемая мощность. Оптимизация параметров М. с точки зрения достижения макс. мощности излучения показывает, что среди генераторов сантиметрового диапазона длин волн (и прилегающих участков соседних диапазонов) М. является одним из наиб. эффективных; его полный кпд составляет 35- 70%.

По мере роста анодного напряжения сверх порогового (H0 фиксировано) анодный ток и мощность Р сначала быстро нарастают - почти пропорционально этому превышению; кпд при этом изменяется слабо (рис. 5), улучшаются условия фазовой группировки и соответственно токопрохождения на анод. Одновременно увеличивается вклад в ток со стороны электронов вторичной электронной эмиссии с катода, вызванной электронами неблагоприятных фаз. В рабочих режимах электроны вторичной эмиссии могут составлять подавляющую часть тока Iа. При больших превышениях анодного напряжения U над пороговым 2561-55.jpg мощность Р начинает быстро снижаться из-за ухудшения фазовой группировки вследствие нарушения синхронизма потока с волной рабочего вида колебаний.

2561-53.jpg

Рис. 5. Рабочая характеристика импульсного магнетрона (l= 10 см); заштрихованы области отсутствии генсрации; сплошные линии-зависимости от анодного тока Iа выходной мощности Р и магнитного поля Н, пунктирные-2561-54.jpg (без учёта подогрева катода).


В длинноволновой части сантиметрового диапазона М. позволяют в режиме микросекундных импульсов получать мощности2561-56.jpg Вт, в непрерывном режиме - 103 Вт. С укорочением 2561-57.jpg мощности снижаются2561-58.jpg (и чуть быстрее). В диапазонах коротких миллиметровых волн и ниже М. утрачивает свою конкурентоспособность. Рекордная мощность достигнута на сантиметровых волнах в т. н. релятивистских М., работающих в режимах коротких (10-7 с) импульсов от сильноточных ускорителей электронов (2561-59.jpg Вт).

Разновидности М., родственные приборы. Существует много типов М., конструкции к-рых модернизируются применительно к требуемым выходным характеристикам. Кроме того, образовался целый класс электровакуумных приборов СВЧ со скрещенными электрич. и магн. полями и катодом в пространстве взаимодействия, по принципу действия родственных М. (приборы М-типа). Их классифицируют по типам устройств формирования электронного потока и замедляющих систем: 1) приборы с замкнутыми в кольцо замедляющей системой и электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия или с боковой инжекцией трубчатого электронного пучка вдоль оси); 2) приборы с разомкнутой замедляющей системой и замкнутым в кольцо электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия); 3) приборы с разомкнутыми замедляющей системой и пучком (инжектированным с катода, вынесенного из пространства взаимодействия).

К первому семейству относится сам М. и нек-рые его разновидности: регенеративно-усилительный М., в к-ром возбуждение колебаний и управление их частотой осуществляются внеш. сигналом малой мощности, вводимым обычно через циркулятор в сильно нагруженную резонаторную систему; М., настраиваемый напряжением (митрон), в к-ром нагруженная колебат. система (обычно стержневого типа) обладает слабо выраженными резонансными свойствами и пространств. заряд электронов регулируется температурой катода или инжекцией трубчатого потока вдоль оси прибора. Вследствие этого при малой мощности (Р2561-60.jpg10 Вт) в непрерывном режиме достигается широкий диапазон перестройки частоты (2561-61.jpgоколо октавы).

Второе семейство включает платинотроны. Важнейшие их представители: амплитрон - мощный импульсный усилитель обратной волны с согласованными входным и выходным устройствами,2561-62.jpg , 2561-63.jpg Вт, коэф. усиления К до 20 дБ; ультрон- мощный усилитель прямой волны с 2561-64.jpg до 20%, К до 30 дБ; стабилотрон - механически перестраиваемый по частоте высокостабильный генератор на базе амплитрона, дополненного резонатором и фазо-вращателем на невыходном конце разомкнутой замедляющей системы.

К приборам М-типа иногда относят и электроннолучевые приборы СВЧ со скрещенными полями, в к-рых незамкнутый поток электронов формируется с катода, вынесенного из пространства взаимодействия. Эти приборы ближе К лампе бегущей волны и лампе обратной волны, их наз. ЛБВМ, ЛОВМ. С М. их роднит характер фазовой группировки потока и его энергообмена с полями.

Литература по магнетронам

  1. Магнетроны сантиметрового диапазона, пер. с англ., ч. 1-2, М., 1950-51;
  2. Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями, пер. с англ., т. 1-2, М., 1961;
  3. Вайнштейн Л. А., Солнцев В. А., Лекции по сверхвысокочастотной электронике, М., 1973.

В. Е. Нечаев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 12.11.2019 - 19:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 19:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 12:05: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Бориса Сергеевича Миронова - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:49: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Веры Лесиной - Карим_Хайдаров.
11.11.2019 - 00:24: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.11.2019 - 23:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Кирилла Мямлина - Карим_Хайдаров.
08.11.2019 - 06:44: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
08.11.2019 - 06:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
05.11.2019 - 21:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
04.11.2019 - 12:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
04.11.2019 - 12:28: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution