7.1.2. Принцип работы митрона

Из рис. 7.1 видно, что вакуумная оболочка установлена в пучности высокочастотного электрического поля тороидального резонатора, поэтому соседние штыри анодной системы имеют высокочастотный потенциал противоположной полярности. Отсюда следует, что высокочастотное поле в пространстве взаимодействия распределяется аналогично полю противофазного вида (π-вида) колебаний магнетрона. Таким образом, митрон, как и магнетрон, работает в режиме π-вида колебаний и принцип его работы во многом аналогичен принципу работы магнетрона.

На рис. 7.2 изображена схема, иллюстрирующая работу митрона. Электронный поток, инжектируемый электронной пушкой, поступает в пространство взаимодействия и под действием только статических радиального электрического и продольного магнитного полей с напряженностью и, соответственно, вращается вокруг «холодного» катода с азимутальной скоростью вращения, определяемой известным соотношением.

Втаком замкнутом кольцевом электронном потоке в пространстве взаимодействия возникают азимутальные уплотнения (сгустки) вследствие флуктуационных изменений плотности пространственного заряда. Вращающиеся сгустки электронов наводят переменные токи в штыревой анодной системе, которые, в свою очередь, создают высокочастотное электрическое поле между штырями, оказывающее дополнительное группирующее воздействие на пространственный заряд. Электронный поток формируется в четко выраженные «спицы», аналогичные «спицам» магнетрона. Таким образом, движение электронов определяется действием трех сил: скрещенных статических электрического и магнитного полей и высокочастотного электрического поля анодной системы. Строго говоря, на электроны действует также и четвертая сила со стороны пространственного заряда, создаваемая другими электронами. Ее действие выражается в разгруппировке, т. е. образовании неупорядоченных электронных сгустков, что приводит к отклонению реальной конфигурации спицы от рассматриваемой идеализированной. Однако при качественном рассмотрении принципа работы приборов влиянием сил пространственного заряда можно пренебречь. Под действием указанных трех сил движение электронов в направлении анодной системы в приборах типа М происходит по сложной циклоидальной траектории (подробнее см. 6). В процессе этого движения потенциальная энергия электронов преобразуется в энергию электромагнитного поля, подобно тому как это происходит в многорезонаторном магнетроне.

7.1.3. Рабочие характеристики и параметры митрона

Существует два способа управления параметрами генерируемых колебаний митрона – изменением анодного напряжения и изменением напряжения управляющего электрода. В связи с этим различают два вида характеристик: рабочую, представляющую собой зависимость частотыи выходной мощностиот анодного напряженияпри постоянном напряжении(рис. 7.3), и модуляционную – зависимостьиотпри фиксированном напряжении(рис. 7.4).

Зависимость частоты от анодного напряжения выражается формулой

которая следует из условия синхронизма движения электронов и изменения высокочастотного поля (см. (6.4)). Таким образом, при

постоянном магнитном поле и заданной геометрии пространства взаимодействия между генерируемой частотой и анодным напряжением имеет место линейное соотношение. Диапазоном электрической перестройки частоты митрона называется интервал частот, генерируемых митроном при изменении рабочего анодного напряжения от минимального до максимального. Ширина частотного диапазона характеризуется коэффициентом перестройки , равный отношению максимальной генерируемой частотык минимальной, т. е.. У маломощных СВЧ митронов (). У митронов средней мощности () коэффициент перестройки составляет октаву, т. е., а у митронов большой мощности ()уменьшается до 1,5.

На рис. 7.3 и 7.4 показан типичный вид рабочих и модуляционных характеристик митрона, характеризующихся линейной зависимостью частоты от анодного напряжения и практически линейной зависимостью выходной мощности от управляющего напряжения. Отклонение частотной характеристики от линейной у широкополосных митронов с перестройкой по частоте в пределах октавы () и более во всем частотном диапазоне не превышает ± 1 % средней частотырабочего диапазона, а для узкополосных митронов повышенной мощности это отклонение оказывается несколько большим. Некоторая неравномерность амплитудной характеристики митрона СВЧ диапазона () объясняется в основном изменением величины добротности внешней колебательной системы по диапазону электрической перестройки и неравномерностью коэффициента стоячей волны () высокочастотной нагрузки, приводящей к отражению части мощности от нагрузки, и следовательно, к изменению режима генерирования колебаний. У широкополосных митронов неравномерность амплитудной характеристики не превышает 4…5 дБ во всей полосе генерируемых частот, а у узкополосных она не превышает 1…2 дБ. Уменьшение выходной мощности и анодного токапри некотором граничном значенииобъясняется начинающимся при этом напряжении интенсивным перехватом электронов управляющим электродом.