Дипломная работа: Применение магнетронных генераторов большей мощности в радиолокационных системах

Благодаря этому диаметр анода и число резонаторов в магнетроне с описанным коаксиальным резонатором ("коаксиальном магнетроне") могут быть значительно увеличены в сравнении с обычными магнетронами без ухудшения разделения основных видов колебаний. Увеличение диаметра анода позволяет значительно повысить генерируемую мощность магнетрона.

Коаксиальные магнетроны имеют и другие существенные преимущества. Накопление значительной энергии в коаксиальном высокодобротном резонаторе повышает собственную добротность Qo всей системы и стабильность частоты генерируемых колебаний. Степень затягивания частоты F3 может быть при этом значительно снижена за счет уменьшения связи с нагрузкой и повышения внешней добротности Q0 при одновременном улучшении к. п. д. резонаторной системы.

Рисунок 1.10 - Схема устройства коаксиального магнетрона: 1 -магнетронные резонаторы, 2—щели связи, 3—наружная стенка коаксиального резонатора; 4 — поршень механической настройки; 5—вывод энергии (прямоугольный волновод)

Далее, благодаря улучшению разделения видов колебаний возможна работа при меньшей амплитуде высокочастотного напряжения в пространстве взаимодействия, что приводит к повышению электронного к. п. д. Существуют и другие достоинства магнетронов коаксиального типа, что позволяет отнести их к числу перспективных направлений развития магнетронных генераторов.

Устройство типичных коаксиальных и волноводных выводов энергии показано на рис. 1.11 и 1.12. Петля вводится обычно в один из резонаторов в области максимума СВЧ магнитного поля. Основная трансформация сопротивления, определяющая величину QBH, осуществляется в зависимости от размеров петли.

Рисунок 1.11 - Коаксиальные выводы энергии магнетронов малой и средней мощности 10-см диапазона: 1—петля, 2, 3 — наружный и внутренний проводники коаксиальной линии; 4 — стекло; 5—медь; 6— ковар

Коаксиально-волноводные выводы энергии, жестко скрепляемые с магнетронами, применяются при умеренной мощности в коротковолновой части сантиметрового диапазона. При более высоких мощностях, а также при более коротких волнах используют в основном волноводные выводы. Между стандартным прямоугольным волноводом и анодным блоком обычно включается четвертьволновый волноводный трансформатор (рис. 1.12), понижающий сопротивление нагрузки в 100—200 раз. В качестве трансформаторов используются также многоступенчатые четвертьволновые и экспоненциальные переходы.

Рисунок 1.12 - Волноводный вывод энергии магнетрона 3-см диапазона с одноступенчатым четвертьволновым трансформатором: 1—анодный блок, 2 — трансформатор, 3—круглое стеклянное или керамическое окно; 4 — дроссель; 5—выходной фланец

Катод играет значительно большую роль в работе магнетронов, чем в работе большинства других электронных приборов СВЧ. Длина и диаметр катода необращенного магнетрона имеют пределы ввиду ограничений, накладываемых на высоту анодного блока lа, диаметр анода dэ и отношение . Требования к удельной эмиссии становятся особенно высокими. Если в 10-см диапазоне типичная величина эмиссии с катода магнетрона в импульсе составляет 10 a/см2, то в 3-см диапазоне требуемая плотность тока доходит примерно до 30 а/см2. С дальнейшим укорочением волны происходит соответствующий рост требуемой эмиссии. К катоду магнетрона предъявляется дополнительное требование — способность работать с достаточным сроком службы в условиях значительной обратной бомбардировки. Значительную роль в работе магнетрона играет вторичная электронная эмиссия с катода. В связи с этим к материалу катода предъявляется также требование высокой вторичной эмиссии.

Основное назначение современных импульсных магнетронных генераторов — передатчики радиолокационных станций и других радиотехнических устройств, в том числе линий импульсной связи, радиоотелеметрических систем, маяков и т. п.

Устройство двух типичных импульсных магнетронов приведено на рис. 1.13 и 1.14.

Рисунок 1.13 - Устройство типичного импульсного ненастраиваемого магнетрона 10-см диапазона: 1 — анодный блок, 2 — катод, 3 — петля вывода энергии, 4— двойные кольцевые связки, 5—коаксиальный вывод энергии, 6—боковые крышки; 7—вывод катода и накала 8—-вывод накала 9—трубка для откачки; 10 —ковар; 11—стекло

Магнетроны находят также применение в качестве мощных генераторов, питающих линейные электронные ускорители. Магнетроны непрерывного режима все более широко применяются в установках промышленного и бытового СВЧ нагрева.

Диапазон мощностей импульсных магнетронов составляет от десятков ватт до 10 Мвт. Магнетроны непрерывного режима выпускаются на мощности от долей ватта до нескольких десятков киловатт.

Устройство митрона и схема его включения представлены на рис. 1.15. В этом приборе катод вынесен из пространства взаимодействия и расположен вдоль оси на одном из торцов

Рисунок 1.14 - Устройство типичного импульсного магнетрона 3-см диапазона (без постоянных магнитов). В более крупном масштабе изображено устройство катода, связок и анодного блока: 1- анодный блок с радиатором, 2-полюсный наконечник; 5 - катодная ножка, 4- катод; 5- окно вывода энергии; 6-связки; 7-Н-образный четвертьволновый трансформатор; 8-пермендгоровые наконечники

Катод окружен коническим дополнительным анодом — управляющим электродом, образующим вместе с катодом магнетронную пушку типа Кайно—Тейлора. Вместо катода внутри резонаторной системы расположен цилиндрический неэмиттирующий отрицательный электрод ("холодный катод"), создающий в пространстве взаимодействия постоянное радиальное электрическое поле, как в обычном магнетроне.

Электронный поток, имеющий вид полой трубки, инжектируется в пространство взаимодействия митрона и взаимодействует с полем p-вида колебаний. При Uа1 = const (см. рис. 1.15) постоянное анодное напряжение Uа практически не влияет на величину анодного тока, что позволяет использовать в "чистом виде" явление электронной настройки магнетронов. Для реализации широкого диапазона электронной настройки нагруженная добротность резонаторной системы снижается до 2—10. В митроне, изображенном на рис. 1.15, использована встречно-штыревая система, соединяемая двумя металлическими кольцами с внешним низкодобротным резонатором. С помощью митронов получают диапазон электронной настройки, доходящий до одной октавы при малой генерируемой мощности.

Рисунок 1.15 - Устройство магнетрона, настраиваемого напряжением: 1 — накаленный катод; 2 — отрицательный электрод; 3—конический управляющий электрод; 4— анодные ламели (система встречных штырей); 5—керамика; 6 — анодные кольца для включения внешней части резонатора; 7 — наружный резонатор

Таким образом, митроны могут успешно конкурировать с лампами обратной волны типа О. Дополнительным преимуществом магнетронов, настраиваемых напряжением, является высокий к. п. д.

Вывод На основе анализа рассмотренных магнетронов можно в приемопередатчиках необходимо использовать импульсные магнетроны.

2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Назначение и состав радиоаппаратуры для экспериментальных исследований

Радиолокатор "Гроза" обеспечивает радиолокационный обзор земной поверхности, обнаружение опасных для самолёта гидрометеообразований (грозы, мощнокучевая облачность и т. д.), измерение угла сноса самолёта и коррекцию бортового навигационного вычислителя. В состав радиолокатора входят следующие основные блоки:

- антенный блок, служащий для излучения в просматриваемое пространство импульсных СВЧ-колебаний З-сантиметрового диапазона волн и приёма отражённых сигналов;

- приёмно-передающий блок, осуществляющий генерацию мощных СВЧ- импульсов и усиление принятых отражённых сигналов;

- основной индикаторный блок с пультом, осуществляющий синхронизацию работы РЛС, формирование радиально-секторной развёртки "азимут- дальность" для индикатора, усиление видеосигналов и их индикацию, а также управление всей работой радиолокатора;

- блок стабилизации и управления, служащий для стабилизации зоны обзора РЛС в пространстве при кренах и тангаже самолёта;

- при наличии штурмана на борту самолёта - второй (дополнительный) индикатор штурмана;

- при установке навигационного вычислителя на борту – блок коррекции, служащий для коррекции счисленных текущих координат по характерным радиолокационным ориентирам;

- на самолётах, где необходима особо высокая надёжность, второй (дублирующий) приёмно-передающий блок, явяющийся горячим резервом первого блока и в случае выхода его из строя полностью выполняющий все его функции.

РЛС "Гроза" присваивается цифровое обозначение, совпадающее с принятым самолётостроительным предприятием номером типа самолета, например, "Гроза-40" - радиолокатор для самолета ЯК-40; "Гроза-24" - радиолокатор для самолёта АН-24.

2.2 Состав и размещение радиолокатора "Гроза"

В состав РЛС входят следующие блоки:

- антенный блок c рефлектором диаметром 560 мм;

- приёмно-передающий блок с повышенной разрешающей способностью;

- индикаторный блок с пультом управления радиолокатора;

- волноводный тракт.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24