На основе диаграммы (рис. 10.37) можно построить вольт-ампер, ную характеристику идеальной модели магнетрона (сплошные линии на рис. 10.38), т. е. зависимость анодного тока /а от анодного напря-жения £а при постоянной магнитной индукции Во- При анодных напряжениях, соответствующих точкам пересечения пороговых прямых с прямой постоянной индукции Во, когда возникают колебания СВЧ, появляется анодный ток. В остальных случаях, относящихся к ЗР, электронные траектории располагаются вблизи катода (кривая с на

л= const

Рис. 10.38

Рис. 10.39

е,>р,>р

рис. 10.33) и анодный ток равен нулю. При больших значениях анодного напряжения наступает ДР, колебания отсутствуют, но анодный ток не равен нулю. В эгом случае все электроны достигают анода по криволинейным траекториям (кривая а на рис. 10.33). Дальнейшее увеличение анодного напряжения приводит лишь к уменьшению наклона электронных траекторий, но не влияет на величину тока, если эмиссия катода остается постоянной. Вольт-али1ерная характеристика реального магнетрона (пунктирная линия на рис. 10.38) отражает перечисленные особенности, а также зависимость тока эмиссии катода от анодного напряжения. Возникновение колебания СВЧ на частотах различных видов колебаний сопровождается увеличением анодного тока.

Очень часто используют рабочие характеристики магнетрона, построенные для области колебаний одного вида, рекомендованного заводом-изготовителем. К ним относятся вольт-амперная рабочая характеристика, нагрузочная характеристика и кривая электронного смещения частоты.

Вольт-амперную рабочую характеристику строят при различных значениях магнитной индукции (рис. 10.39). Она может быть объяснена с помощью диаграммы рабочих режимов: рост магнитной индукций увеличивает пороговое напряжение данного вида колебаний.

Нагрузочные характеристики (рис. 10.40) размещают на диаграмме полных сопротивлений. Каждая точка диаграммы характеризует зна-

Рис. 10.40

t Piiiic сопротивления 1шгрузки, приведенное к какому-либо определен-jjoMy сечению линии, обычно к плоскости фланца выходг10го волновода. На диаграмме полных сопротивлений указывают значения мощности л частоты генерации, соответствующие различным нагрузкам. Точки, 0 которых мощности и частоты одинаковы, соединяют. Кривые постоянной частоты показаны на рисунке пунктиром, кривые постоянной мощности - сплошные. Пользуясь нагрузочной характеристикой, по заданному значению модуля и фазы коэффициента отражения, а также кривым постоянной мощности и частоты находят частоты и [ющности генерации.

Кривая электронного смещения частоты представляет собой зависимость частоты генерации Мген от анодного тока 1 (рис. 10.41). При увеличении анодного напряжения и анодного тока возрастает скорость переноса электронов, электронные спицы несколько смещаются относительно поля СВЧ. Появляется сдвиг фаз, вносимый электронным потоком.

Частота генерации определяется из ус- о)

ловия баланса фаз В баланс фаз входи г j?

как сдвиг фаз, вносимый элекгронным потоком, так и сдвиг фаз системы резона-торов (замедляющей системы). Первый

связан со скоростью переноса электронов, второй - с фазовой скоростью поля СВЧ, которая зависит от частоты. Следовательно, при различных значениях анодного напряжения в режиме автоколебаний баланс фаз выполняется на разных частотах. Электронное смещение частоты - явление, нежелательное для многих случаев применения магнетронов. Поэтому стараются работать при анодных токах, соот-оетствющпх минимальному значению крутизны электронного смещения частоты 5э = А/рен/(А/а)-

Основными параметрами магнетрона являются рабочая частота (для неперестраиваемого магнетрона) или диапазон генерируемых частот (для перестраиваемого магнетрона), выходная мощность, к п. д., крутизна электронного смещения частоты. Границы диапазона генерируемых частот соответствуют оговоренному изменению выходной мощности колебаний определенного вида. Перестройка частоты происходит механически на 5-10% путем изменения параметров резонаторов, собственная частота которых регулируется при деформации подвижной стенки. Выходная мощность импульсных магнетронов т->:одится в пределах от 10 Вт до 10 МВт, а в режиме непрерывной генерации - от долей ватта до нескольких десятков киловатт; к п. д. ДО 70%.

Прн проектировании магнетронных передатчиков необходима высокая стабильность анодного напряжения В динамическом режиме Магнетроны обладают низким сопротивлением по цепи питания: небольшие изменения анодного напряжения могут привести к значительным колебаниям тока и мощности, а также изменениям частоты Несколько большие изменения напряжения вызывают скачки частоты,

связанные со сменой индекса п и сопровождающиеся скачками мощ-косгн, а иногда и срывом колебаний.

Алныитудную и частотную модуляции СВЧ-колебаний осущест-вляют путем изменения анодного напряжения, причем изменение амплитуды всегда сопровождается изменением частоты. Поэтому наиболее распространенной является имиульсная модуляция. Импульсы мо-дул1фующего напряжения, формируемые в модуляторе или в подмо-дуляторе, поступают в анодную цепь магнетрона. Такие импульсы доллспы обладать ио возможности правильной прямоугольной формой: иметь плоскую вершину, малое время нарастания и спада. Нендеаль-

ность плоской вершины вызывает измене ние частоты и амплитуды колебаний внутр радиоимпульсов, что приводит к нежел: тельному расширению рабочего спектр-Болыиое время нарастания наиряжеш. может быть причиной кратковременного возбуждения колебаний, соответствующих относительно низким напряжениям и приводящих к нестабильности времени начала радиоимпульсов основного колебания, п следовательно, и расширению спектра частот. Уменьшение длитель ности нарастания и спада импульсов снизит время работы-магиетрона в неустойчивом режиме.

Стабильность часто1ы автоколебаний зависит от постоянства анодного тока в процессе генерации, рабочей температуры магнетрона и условий нагрузки. Обычно требования высокой стабильности частот и максимальной выходной мощности ока.зываются несовместимьт\н

При построении магнетронных передатчиков уделяется большо,-внимание качеству взаимного согласования элементов волновод!Юг) тракта. Появление отражешй в линии может привести к возиикновс-Бию газового разряда и преждевременному выходу из строя прибора из-за разрушения диэлектрика в вакуумном окне.

Схема подключения источников питания к магнетрону показана иа рис. 10.42. Обычно анодный, блок магнетрона для обеспечения условии безопасной работы соединяют с корпусом установки и заземляют. Порядок включения магнетрона следующий: сначала включают систему охлаждения (если требуется), затем источник питания подогрева-тетя, потом анодное напряжение. В мощных магнетронах после пуска напряжение накала снижают. Дополнительный нагрев катода происходит за счет энергии поля СВЧ в результате его электронной бомбардировки. Выключение магнетрона происходит в обратной последовательности. В схемы передатчиков входит ряд узлов автоматики, обеспечивающих правильный порядок подачи питающих напряжений и защиту магнетрона.

Контроль за работой импульсного магнетрона осуществляется с помощью анализатора спектра СВЧ или осциллоскопа, воспроизводи щего форму огибающей радиоимпульсов Расширение рабочего спектра частот, изменение амплитуды и формы импульсов огибающей свиде1ель-ствуют о неустойчивой работе магнетрона.