Сложение мощностей при синхронизации импульсных магнетронов миллиметрового диапазона

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Сложение мощностей при синхронизации импульсных магнетронов миллиметрового диапазона
Ключевые слова: импульсный магнетрон, синхронизация, резонансный контур, Н-тройник, ферритовый циркулятор, суммирование мощностей, стабилизация частоты.
Представлены результаты экспериментального исследования трех различных способов синхронизации двух магнетронов миллиметрового диапазона: с применением связанного резонансного контура- с помощью Н-тройниоа- с использованием ферритового четырёхплечего циркулятора. Произведена оценка полосы частот синхронизации, коэффициента сложения мощностей, влияние температурного дрейфа частоты. Обсуждается возможность увеличения числа магнетронов в схемах сложения. Обращается внимание на особенности применения схем сложения с целью увеличения мощности и стабилизации частоты СВЧ генераторов в импульсном режиме.
Иванов И. М. ,
ведущий инженер ОАО & quot-ПЛУТОН"- vela-kim@mail. ru
При разработке различных генераторных устройств на основе магнетронов приходится сталкиваться с вопросами увеличения мощности и стабилизации частоты. Особенно часто эти вопросы возникают в связи с уменьшением длительности импульса (менее 1 мкс) и при освоении миллиметрового диапазона длин волн. В этих условиях возможность применения схем сложения и синхронизации магне-тронных генераторов позволяет улучшить тепловой режим прибора и стабильность частоты. Теоретические вопросы сложения и синхронизации разработаны в 60-е годы и представлены в работе [1]. Экспериментальные исследования способов сложения и синхронизации для двух магнетронов миллиметрового диапазона представлены в данной работе.
В работе использовались два магнетрона с фиксированной частотой генерации (Ю) около 35 ГГц. Длительность импульса (Ымп) составляла 0,2 мкс. Скважность посылок 2000. Магнетроны были выведены на равное анодное напряжение (Ыа) около 10 кВ подбором постоянного магнитного поля (шунтирование) при фиксированном импульсном токе (1а) около 7А Частоты генерации магнетронов в установившемся тепловом режиме отличались на 15 МГц. Импульсные мощности магнетронов М1 и М2 при раздельном включении на согласованную нагрузку в режиме Нимп = 0,2 мкс составляли (Ри1 и Ри2) 9,5 и 6,3 кВт.
В рамках проведения предварительных работ для определения зависимости ширины полосы захвата частоты магнетрона М1 от относительной мощности входного сигнала (рис. 1) в качестве задающего генератора был использован дополнительный магнетрон М3 с возможностью перестройки частоты. Запуск М3 производился на
0. 05 мкс раньше чем запуск М1. В этом случае сигнал от М3 через регулируемый аттенюатор (А1) подавался на вход 1 У-циркулятора
(ФЦ1) и далее через выход 2 на магнетрон М1. Синхронизированный сигнал от М1 через вход 2 и выход 3 подавался на согласованную нагрузку и прибор горячих измерений (ПГИ). Захват частоты определялся визуально по анализатору спектра С4−27. График зависимости ширины полосы захвата (синхронизации) представлен на рис. 2. Как видно из графика, максимальная полоса захвата обеспечивается при соотношении сигналов около 10 дб
В дальнейшем были проведены исследования суммирования при различных схемах синхронизации:
1. Классическая схема синхронизации [1] представлена на рис. 3: магнетроны М1 и М2 подключены к двум плечам Н-тройника (Т1) в одном из которых имеется фазосдвигатель (Ф) в виде диэлектрической пластины с плавной регулировкой перемещения поперек широкой стенки волновода. Выход тройника подключен к ПГИ. Синхронизация возникает в момент включения. Частота синхронизированного сигнала ((сум), как правило, находилась между исходных частот Ю1 и Ю2 и была смещена к более низкочастотному краю этого диапазона. Суммарная мощность составила около 10,2 кВт. Коэффициент сложения (Ксум) составил соответственно 0. 65. В процессе прогрева наблюдался температурный дрейф частоты (около 30 МГц) в низкочастотную сторону вплоть до стабилизации на рабочей частоте. При этом синхронизация не нарушалась. Оптимизация эквивалентного сопротивления на выход е тройника не проводилась. В данной схеме взаимная синхронизация магнетронов осуществляется за счет наличия отраженных волн в трактах обоих магнетронов.
2. Схема синхронизации с применением стабилизирующего резонатора [2] показана на рис. 4. Параллельно выходным трактам М1 и М2 через направленные ответвители (НО1 и НО2) с переходным ослаблением около 6 дб включен резонатор бегущей волны (РБВ) настроенный на рабочую частоту магнетрона (после выхода на стабильный температурный режим). С целью разделения зон синхронизации и суммирования далее в трактах магнетронов подключены ферритовые вентили (ВФ1 и ВФ2). Суммирование осуществляется в 3-дб мосте (М). Согласование фаз на входе моста осуще-
Рис. 1
Рис. 2
ИдБ]
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис 7
ствляется фазосдвигателем. Согласование фаз на выходе моста осуществляется плавноперемещаемым поршнем (П). В момент включения наблюдаются 2 независимых спектра. Оба спектра дрейфуют в низкочастотную зону под воздействием температурного дрейфа в течение 15 минут вплоть до захвата 1-го сигнала частотой стабилизирующего резонатора. Затем, в течение 5 минут происходит процесс постепенной синхронизации, вплоть до образования единого спектра на частоте резонансного контура. Ширина полосы захвата по отношению к резонансной частоте контура составляет около 10 МГц. Спектры до начала и после захвата представлены на рис. 5. Суммарная мощность составила около 8,3 КВт. Коэффициент сложения 0,53. Низкий коэффициент сложения обусловлен наличием потерь в резонансном контуре и отклонением на 8 МГц частоты контура от рабочей частоты магнетронов.
3. Схема синхронизации с применением четырёхплечевого ферритового циркулятора (ФЦ2) приведена на рис. 6. Синхронизация и суммирование разделены с помощью ферритового циркулятора. Фазирование осуществляется фазосдвигателем. Суммирование обеспечивается Н-тройником. Синхронизация возникает в момент включения. Дрейф частоты соответствует схеме 1. Суммарная мощность составила около 13 КВт. Коэффициент сложения 0,82. Фотография сборки представлена на рис. 7. Спектр сигнала и огибающая ВЧ-сигнала представлены на рис. 8.
В результате проведения экспериментов можно отметить:
1. Ширина полосы захвата при наличии стабилизирующего резонатора соответствовала предварительным данным и составляла около 10 МГц. Это позволяет в будущем применять высокодобротный стабилизирующий резонатор для синхронизации и сложения на выборочной частоте. Имеется возможность для увеличения полосы захвата с помощью оптимизации способа обратной связи между магнетронами.
2. Возможно достижение высоких коэффициентов сложения при оптимизации уровня потерь и улучшения согласования между элементами схем сложения. Особое внимание в данных схемах синхронизации следует уделить устройству фазового согласования с применением высокоточных фазосдвигателей.
3. Обнаружено, что в схемах 1 и 3 температурный дрейф не оказывает влияние на синхронизацию и сложение мощностей магнетронов. В случае использования схемы 2 следует учитывать влияние температурного дрейфа и увеличить полосу захвата (желательно до 20−30 Мгц).
4. Отмечено, что в условиях синхронизации магнетронов происходит уменьшение длительности фронта и спада анодного тока магнетрона. Это позволило провести предварительный эксперимент в схеме сложения 3 по уменьшению длительности импульса до
0,05 мкс. В результате полученные значения импульсной мощности практически совпадали со значениями при длительности 0,2 мкс при равных значениях анодного напряжения. В случае & quot-независимых"- магнетронов импульсная мощность при таком уменьшении длительности импульса уменьшалась в среднем на 20%.
Рис. 8
На следующем этапе экспериментальных работ предполагается увеличить количество суммируемых магнетронов до трех. Предполагается применение следующих схем суммирования:
1. С применением стабилизирующего резонансного контура, являющегося одновременно сумматором. Данная концепция близка к принципу работы обращенного коаксиального многоэтажного магнетрона и возможна для реализации в неинтегрированном в единый корпус устройстве. В сантиметровом диапазоне аналогичное устройство запатентовано автором в составе группы в 2008 г.
[3].
2. С применением невзаимных ферритовых устройств и выделенным задающим генератором. При этом наиболее сложной задачей является взаимная фазировка синхронизированных по частоте магнетронов.
В заключение следует отметить, что применение схем сложения для импульсных магнетронов в миллиметровом диапазоне позволяет увеличить мощность приборов, оптимизировать режимы охлаждения, стабилизировать частоту, особенно в условиях сокращения длительности импульса.
Литература
1. Дейвид Е. Е. Фазирование высокочастотными сигналами // Сборник & quot-Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями& quot- / Пер. с англ. Под ред. М. М. Федорова. — М.: Иностранная литература, 1961.
2. Основы использования магнетронов / Под ред. Хлопова Ю. Н. — М. Советское Радио, 1967.
3. Егоров Ю. М., Иванов И. М., Артамонов В. И., Юсупалиев У. Патент Р Ф № 2 394 357.
Summation power at synchronize pulsed magnetrons millimeter range.
Ivanov I.M., vela-kim@mail. ru
Abstract
Experimental results on 3 different ways to synchronize two magnetrons millimeter range: using a resonant circuit connected, using the H-tee, using four shoulders ferrite circulator. The evaluation of the frequency band of mutual synchronization, power factor, the effect of temperature on drift frequency. Discussed the possibility of increasing the number of magnetrons in the schemes of summation. Draws attention to the particular considerations for the addition in order to increase power and frequency stabilization of microwave generators in pulsed mode.
Keywords: pulse magnetron, synchronization, resonant circuit, H-tee, ferrite circulator, power added, frequency stabilization.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой