Физическая энциклопедия

МАГНЕТРОН

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

МАГНЕТРОН

- электровакуумный генератор эл.-магн. колебаний СВЧ, основанный на взаимодействии электронов, движущихся в магн. поле, с возбуждаемыми ими эл.-магн. полями. Основу конструкции М. составляет коаксиальный цилиндрич. диод с внутр. электродом - катодом в однородном магнитостатич. поле, направленном вдоль его оси. Эмитированные катодом электроны совершают дрейфовое движение поперёк скрещенных статических электрич. Е₀и магн.Н₀полей ( |, 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).

Рис. 1. Схематическое изображение многорезонаторного магнетрона:а- общий вид;б- сечение плоскостью, перпендикулярнойH₀.

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

где г, - полярные координаты,t -время,е, m -заряд и масса электрона,-циклотронная частота, r_к- радиус катода,- потенциал электростатич. поляE₀(на катоде , на аноде ). При заданном анодном напряженииUи малыхН₀электроны попадают на анод. С ростомH₀, как видно из (), увеличивается доля энергии в азимутальном движении, а радиальная скорость уменьшается. При век-ром критич.H₀=H_кр(Uзадано) или приU=U_кp(H₀задано)

траектории электронов только касаются поверхности анода, r=r_а. При (или при ) происходит т. н. отсечка анодного тока - вершины траекторий оказываются на нек-ром расстоянии от анода (магн. изоляция диода). С уменьшениемU(с ростомН₀)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 w_си 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 частотами , гдеt_e-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 окрестности обнаруживаются максимумы интенсивности. Полная энергия шумовых колебаний в предгенерац. периоде 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. ф-ция состоит в создании СВЧ-полей заданной частоты и конфигурации, способных взаимодействовать с электронным потоком.

СистемаNрезонаторов М. имеетNосновных видов колебаний, определяемых сдвигом фаз колебаний внутри соседних элементов структуры (n- целое число). При чётномNневырожденными являются колебания сn=0 (синфазные) и сn=N/2 (-вид, противофазные). В этом случае образуются стоячие волны поля. Для остальныхnполя имеют вид волн, бегущих по внутр. поверхности анода, а сами колебания являются двукратно вырожденными (одинаковой собств. частотой обладают, напр., колебания с ). Для простейших анодов зависимость длины волны колебаний отnимеет вид

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

Рис. 2. Структура электрического поля основной гармоники замедленной полны (колебания -вида).

Рис. 3. Виды резонаторных систем магнетрона (а -равно-резонаторная без связок,б -со связками,в- разнорсзонатор-ная) и графики разделения их резонансных частот /', где -частота колебаний для л-вида, - частота, соответствующая m-му колебанию. В 18-резонаторном магнетронеп= 9 является колебанием -вида.

Самым высокочастотным является p-вид, к-рый обычно используется в качестве рабочего колебания (рис. 2). При большихNсоседние 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 . Кои струкция и параметры электродинамич. системы М. варьируются в зависимости от требований к выходным характеристикам прибора (см. ниже).

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 напряжениеUдостигнет порогового значения

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. полях совершают стационарное дрейфовое перемещение перпендикулярно неоднородному электрич. полю волны (рис. 2) с дрейфовой скоростью

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 анодаUи потенциала на вершине первой петли траектории. Поэтому эффективность преобразования энергии электронов в энергию излучения оказывается тем выше, чем глубже магн. изоляция, т. е. чем вышеU_кpпо сравнению с пороговым

Приближённо "кпд М. оценивается по ф-ле

С увеличением напряжённости поляH₀и пропорционально емуЕ0кпд и выходная мощностьРрастут. Однако на практике такое нарастание ограничивается либо электрич. прочностью конструкции, либо перегревом электродов из-за электронной бомбардировки. Можно поднимать , увеличиваяН₀и сохраняя умеренным полеЕ₀,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 (H₀фиксировано) анодный ток и мощностьРсначала 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 электроноввторичной электронной эмиссиис катода, вызванной электронами неблагоприятных фаз. В рабочих режимах электроны вторичной эмиссии могут составлять подавляющую часть токаI_а. При больших превышениях анодного напряженияUнад пороговым мощностьРначинает быстро снижаться из-за ухудшения фазовой группировки вследствие нарушения синхронизма потока с волной рабочего вида колебаний.

Рис. 5. Рабочая характеристика импульсного магнетрона (l= 10 см); заштрихованы области отсутствии генсрации; сплошные линии-зависимости от анодного токаI_авыходной мощности Р и магнитного поляН,пунктирные- (без учёта подогрева катода).

В длинноволновой части сантиметрового диапазона М. позволяют в режиме микросекундных импульсов получать мощности Вт, в непрерывном режиме - 10³Вт. С укорочением мощности снижаются (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^-7с) импульсов отсильноточных ускорителейэлектронов ( 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 родственныхМ.(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 темп-рой катода или инжекцией трубчатого потока вдоль оси прибора. Вследствие этого при малой мощности (Р10 Вт) в непрерывном режиме достигается широкий диапазон перестройки частоты (около октавы).

Второе семейство включает платинотроны. Важнейшие ихпредставители: амплитрон - мощный импульсный усилитель обратной волны с согласованными входным и выходным устройствами, , Вт, коэф. усиленияКдо 20 дБ; ультрон- мощный усилитель прямой волны с до 20%,Кдо 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 Клампе бегущей волныилампе обратной волны,их наз. ЛБВМ, ЛОВМ. С М. их роднит характер фазовой группировки потока и его энергообмена с полями.

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

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

1. магнетрон—МАГНЕТРОН [от греч. magnetis магнит и электрон] iв первоначальном и широком смысле слова коаксиальный цилиндрич. диод iв магнитном поле направленном по его оси в электр...Большая советская энциклопедия
2. магнетрон—[от греч. magnetis магнит и Электрон]em в первоначальном и широком смысле слова коаксиальный цилиндрический Диод в магнитном поле направленном по его оси в электронной ...Большая Советская энциклопедия II
3. магнетрон—м.magnetrn m...Большой русско-испанский словарь
4. магнетрон—сущ. муж. рода...Большой русско-украинский словарь
5. магнетрон—мен. чол. роду...Большой украинско-русский словарь
6. магнетрон—от греч. magnetis магнит и .трон электровакуумныйприбор мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона.Принцип действия магнетрона основан на торможени...Большой энциклопедический словарь II
7. магнетрон—МАГНЕТРОН от греч. magnetis магнит и .трон электровакуумный прибор мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан ...Большой Энциклопедический словарь V
8. магнетрон—а ч.i радо.i Електронна лампа спецально конструкц для утворення надвисокочастотних коливань....Великий тлумачний словник (ВТС) сучасної української мови
9. магнетрон—магнетрон а...Дзвона чи дзвону? або -А (-Я) чи -У (-Ю) в родовому відмінку
10. магнетрон—от греч. magnetis магнит и .тронi эл.вакуумный прибор мощный генератор эл.магн. волн сантиметрового диапазона. Принцип действия М. осн. на торможении электронов в скрещн...Естествознание. Энциклопедический словарь
11. магнетрон—МАГНЕТРОН а м. magntron m. англ. magnetron. спец. Электронная лампа специальной конструкции в которой на электронный поток одновременно действуют постоянные электрическое...Исторический словарь галлицизмов русского языка
12. магнетрон—МАГНЕТРОН Magnetron электронная лампа без сетки управление потоком электронов испускаемых катодом и летящих к аноду происходит при помощи магнитного поля создаваемого ка...Морской словарь
13. магнетрон—корень МАГНЕ корень ТРОН нулевое окончаниеОснова слова МАГНЕТРОНВычисленный способ образования слова Бессуфиксальный или другой МАГНЕ ТРОН Слово Магнетрон содержит с...Морфемный разбор слова по составу
14. магнетрон—Начальная форма Магнетрон винительный падеж единственное число мужской род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
15. магнетрон—МАГНЕТРОНstrong вакуумная трубка содержащая АНОД и разогретый КАТОД. Поток электронов от катода к аноду управляется внешне приложенным магнитным полем. Когда магнетрон ис...Научно-технический энциклопедический словарь
16. магнетрон—магнетрон м. Электровакуумный прибор генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
17. магнетрон—магнетрон магнетрон а...Орфографический словарь
18. магнетрон—u мu мн.u магнетроны Р.u магнетронов лампа митрон свчгенератор...Орфографический словарь русского языка
19. магнетрон—магнетрон менник чоловчого роду...Орфографічний словник української мови
20. магнетрон—magntron...Политехнический русско-французский словарь
21. магнетрон—магнетрон магнетроны магнетрона магнетронов магнетрону магнетронам магнетрон магнетроны магнетроном магнетронами магнетроне магнетронах...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
22. магнетрон—Орфографическая запись слова магнетрон Ударение в слове магнетрон Деление слова на слоги перенос слова магнетрон Фонетическая транскрипция слова магнетрон [мгнидрон] Хар...Полный фонетический разбор слов
23. магнетрон—магнетрон аСинонимы лампа митрон свчгенератор...Русский орфографический словарь
24. магнетрон—magnetron...Русско-английский аэрокосмический словарь
25. магнетрон—magnetron...Русско-английский морской словарь
26. магнетрон—maggie magnetron магнетрон м.umagnetronмагнетрон генерирует [m]вид колебаний a magnetron operates in the modeмагнетрон генерирует колебания диапазона СВЧ a magnetron g...Русско-английский политехнический словарь
27. магнетрон—магнетрон м. рад.imagnetron...Русско-английский словарь
28. магнетрон—magnetron...Русско-английский словарь по авиации
29. магнетрон—м. импульсный магнетрон ионный магнетрон коаксиальный магнетрон магнетрон с нейтральным анодом магнетрон с подстройкой частоты магнетрон с холодным катодом магнетрон сант...Русско-английский словарь по физике
30. магнетрон—standingwave magnetron magnetron...Русско-английский словарь по электронике
31. магнетрон—magnetron бипериодический магнетрон блочный магнетрон двухцокольный магнетрон импульсный магнетрон коаксиальный магнетрон магнетрон АлексееваМалярова магнетрон двухрезной...Русско-английский технический словарь
32. магнетрон—ionic centrifuge...Русско-английский химический словарь
33. магнетрон—Магнетрон...Русско-белорусский словарь
34. магнетрон—радиоi магнетрон муж.i...Русско-белорусский словарь II
35. магнетрон—магнетроuн на...Русско-белорусский словарь математических, физических и технических терминов
36. магнетрон—магнетрон на...Русско-белорусский физико-математический словарь
37. магнетрон—м. magnetrone m oscillatore m a campo magnetico магнетрон с лопастеобразными резонаторами magnetron a palette магнетрон с цилиндрическими резонаторами magnetron a cavit...Русско-итальянский политехнический словарь
38. магнетрон—м. магнетрон электрондук лампа....Русско-киргизский словарь
39. магнетрон—Синонимы лампа митрон свчгенератор...Русско-китайский словарь
40. магнетрон—magnetrons...Русско-латышский словарь
41. магнетрон—Magnetfeldrhre Magnetron...Русско-немецкий политехнический словарь
42. магнетрон—техн. магнетрон диапазонный магнетрон импульсный магнетрон обращнный магнетрон резонаторный магнетрон стабилизированный магнетрон щелевой магнетрон Синонимы лампа м...Русско-украинский политехнический словарь
43. магнетрон—magnetron...Русско-чешский словарь
44. магнетрон—магнетрон электровакуумный приборСинонимы лампа митрон свчгенератор...Русское словесное ударение
45. магнетрон—магнетрон лампа митрон свчгенератор...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
46. магнетрон—магнетрон гр.em magnetis магнит электрон электровакуумный прибор для генерирования колебаний в диапазоне сверхвысоких частот в котором управление электронным потоком осу...Словарь иностранных слов русского языка
47. магнетрон—магнетрон митрон лампа Словарь русских синонимов. магнетрон сущ. колво синонимов лампа митрон свчгенератор центрифуга Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синон...Словарь синонимов II
48. магнетрон—магнетрон митрон лампа...Словарь синонимов
49. магнетрон—магнетрон ч. гр. магнт електрон двоелектродна електронна лампа що працю в пол електромагнту або постйного магнту. М. застосовують як потужний генератор надвисокочастотни...Словник іншомовних слів
50. магнетрон—магнетрон [вд грец. магнт електрон] двоелектрод на електронна лампа що працю в пол електромагнту або постйного магнту. М. застосовують як потужний генератор надвисокоч...Словник іншомовних слів Мельничука
51. магнетро́н—МАГНЕТРОН а ч. радо. Електронна лампа спецально конструкц для утворення надвисокочастотних коливань. Як генератор коливань високо частоти використовують електронний прила...Словник української мови в 11 томах
52. магнетрон—МАГНЕТРОН а ч. радо.Електронна лампа спецально конструкц для утворення надвисокочастотних коливань.Як генератор коливань високо частоти використовують електронний прилад ...Словник української мови у 20 томах
53. магнетрон—МАГНЕТРОН от греч . magnetis магнит и .трон электровакуумный прибор мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан ...Современный энциклопедический словарь
54. магнетрон—магнетрон [гр. magnetis магнит электрон] электровакуумный прибор для генерирования колебаний в диапазоне сверхвысоких частот в котором управление электронным потоком ос...Толковый словарь иностранных слов
55. магнетрон—МАГНЕТРОН м. Электровакуумный прибор генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона....Толковый словарь русского языка
56. магнетрон—а ч. радо. Електронна лампа спецально конструкц для утворення надвисокочастотних коливань....Толковый словарь украинского языка
57. магнетрон—Ударение в слове магнетронУдарение падает на букву оБезударные гласные в слове магнетрон...Ударение и правописание
58. магнетрон—техн. магнетрон...Украинско-русский политехнический словарь
59. магнетрон—рад....Українсько-англійський словник
60. магнетрон—[mahnetron]...Українсько-польський словник
61. магнетрон—магнетрон магнетроны магнетрона магнетронов магнетрону магнетронам магнетрон магнетроны магнетроном магнетронами магнетроне магнетронах Источник Полная акцентуированная п...Формы слова
62. магнетрон—Тагор Ротанг Рота Рот Рон Ромен Роман Ром Рог Рет Реотан Рента Рено Ренат Ремонт Рем Регот Рао Рант Рано Ранет Ранг Рам Отмена Отар Орт Орнат Орнамент Орн Орган Орг Онер ...Электронный словарь анаграмм русского языка

• МАГНИТ ПОСТОЯННЫЙ
• МАГНИЙ