Двухчастотный сетевой магнетрон

 

<ю> КЦ <и)

15ll (Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:, -; щ

K ПАТЕНТУ

{21) 4945014/21 (22) 17.0691 (46) 15.1193 Ьоп. Иа 41-42 (71) Научно-производственное объединение "Исток" (72) Артикулова 3.8„ Соколов ИЗ. (73) Государственное научно-производственное предприятие "Исток" (54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ СЕТЕВОЙ MAfHETPOH (57) Использование: магнетроны, предназначенные для СВЧ-нагрева в частности, работающие непосредственно от внодного трансформатора, без каких-либо выпрямительньа и фильтрующих устройств в цепи анодного питания Цель: упрощение устройства и повышение стабильности работы

Сущность: магнетрон содержит в одном анодном корпусе две резонаторные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотнение в прямоугольном волноводе, вывод энергии выполнен в виде петли связи, общей для обеих резонаторных систем, которая образована двумя проводниками, направленными параллельно оси водновода, первые концы которых кондуктивно соединены каждый с соответствующей резонаторной системой через отверстия в корпусе, и поперечным проводником, соединяющим вторые концы параллельных проводников, расположенным параллельно узким стенкам прямоугольного волновода, а вакууьвое уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим для обоих проводников. 2 ил.

2003195

Изобретение относится к магнетронам, предназначенным для СВЧ-нагрева, в частнос и к магнетронам, работающих непосредственно от анодного трансформатора, без каких-либо выпрямительных и фильтрующих устройств в цепи анодного питания.

Такие "сетевые" магнетроны содержат в своей конструкции две секции, т.е. даа мноГорезонаторных анода и два катода и одно, общее для обеих колебательных систем выходное СВЧ-устройство. Колебательные ячейки магнетрона имеют различные рабочие частоты; благодаря атому достигается равномерность СВЧ-нагрева обрабатываемых диэлектрических материалов, Сетевые двухчастотные магнетроны выполняются как с коаксиальными, так и с волноводными выводами энергии, Недостатком первых является относительно низкий уровень мощности, в связи с чем они применяются, а основном, в медицине. Недостатком вторых является сложность конструкции, связанная с наличием в их конструкции щелааых трансформаторов сопротивлений и аолноводных вакуумных уплотнений, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнетрон с волноводным выводом энергии, работающий в диапазоне 12 см, В этом магнетроне электрическая связь примыкающих друг к другу анодов с волноводом осуществлена посредством щелей определенной ширины и длины, расположенных у широких стенок аолновода, который, в свою очередь, припаян к корпусу обоих анодов своей торцевой частью. Каждая щель трансформирует волновое сопротивление генераторной секции в волновое сопротивление волновода, а длина щелей выбрана такай. что на частоте одной секции, друГая секция является, по сути дела, короткозамыкающей плоскостью. Таким образом осуществлена развязка между генераторными секциями, Н вдостатки известного магнетрона следующие.

Щели связи в выходном трансформаторе сопротивлений, расположенные в вакуумной части прибора, вызывают необходимость применять керамическое вакуумное окно вывода энергии волноаодного типа. например так называемого "баночного окна, Данное вакуумное уплотнение, как известно, обладает собственными резонансами и кроме того, для магнетронов народнохозяйственного применения является ДОРОГОстОЯЩим, КРОме ТОГО, KBK llOKBзывает опыт эксплуатации магнетрона, 10

40 такое окно, как и любое другое "перегораживающее" волновод, подвергается напылению .материала с катодов, который оседает на керамику в виде двух полос, соответствующих профилю щелей связи, Данное напыление вызывает температурный градиент в керамике и в конце концов приводит к выходу окна из строя, что является основным фактором, ограничивающим долговечность магнетрона, Сами щели связи, выполненные как в корпусе магнетрона, так и в трансформаторе сопротивлений, имеют сложную П-образную форму и должны быть выполнены с большой точностью, что усложняет производство магнетронов, особенно в том случае, когда встает вопрос об их крупносерийном выпуске.

Целью изобретения является повышение надежности, снижение трудоемкости изготовления даухчастотного сетевого магнетрона и устранение указанного резонанса, Цель достигается тем, что а даухчастотном магнетроне, содержащем а одном корпусе две резонансные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотнение в виде керамических изоляторов в прямоугольном аолйоводе, вывод энергии выполнен,в виде петли связи, общей для обеих резонаторных систем, которая образована двумя проводниками, направленными параллельно оси волновода, концы которых кондуктиано связаны каждый со своей резонаторной системой через отверстие в корпусе, и поперечным проводником, соединяющим вторые концы параллельных проводников, размещенным параллельно узким стенкам прямоугольного волноаода, при этом вакуумное уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим обоих проводников, Сущность изобретения заключается в том, что при питании двухчастотного сетеаого магнетрона по двухполупериодной схеме, когда генераторные ячейки работают попеременно и с углом отсечки анодного тока, передачу мощности в волновод от обеих ячеек оказалось возможным осуществить одной и той же магнитной петлей, общей для обеих систем. Расположение петли а центральной плоскости волновода, параллельно его узким стенкам является наиболее благоприятным в отношении возбуждения в волноводе основного типа волны (но1). при этом для генерирующей в данный полупериод анодного напряжения системы вторая система, имеющая рабочую частоту, отличающуюся от частоты первой системы на ве2003195

1 личину не менее — (О, — нагруженная доQ, бротность), является короткозамкнутой плоскостью. Такая конструкция выходного устройства позволяет варьировать в относительно широких пределах размерами петли связи без существенного влияния на величину нагруженной и внешней добротности магнетрона. Отсутствие в магнетроне трудновыполненных с необходимой точностью щелей связи и сложного вакуумного окна, а также возможность применения съемного волновода в выводе энергии существенно упрощает его конструкцию и процесс изготовления.

На фиг.1 показан магнетрон с двумя вакуумными окнами; на фиг.2 — магнетрон с одним вакуумным окном.

Магнетрон содержит 1 — корпус магнетрона, 2 и 3 — отличающиеся по частоте многорезонаторные системы, 4 — катоды; 5— держатели катодов, 6 — отверстия в корпусе, через которые пропущены параллельные один другому проводники 7, Одним концом каждый из проводников 7 присоединен к ламели 8 резонаторных систем 2, 3 {кондуктивная связь), другие, свободные, концы проводников соединены между собой поперечным проводником 9. имеющим скобообразную или дугообразную форму.

Необходимая связь каждой резонаторной системы с волноводом при общей магнитной петле, образованной двумя проводниками 7 и проводником 9, т.е. внешняя добротность магнетрона преимущественно определяется величиной кондуктивной связи каждого проводника с резонаторной системой, Отверстия 6 в корпусе 1 магнетрона и проводники 7 в области этих отверстий образуют отрезки коаксиалов; поэтому их диаметры выбираются из целостных соображений трансформации волновых сопротивлений резонаторных систем 2, 3 в волновое сопротивление прямоугольного волновода 10, присоединенного своим торцом к корпусу 1 магнетрона таким образом. что в плоскости чертежей оказывается узкая GTGHKB волновода, В варианте магнетрона, показанном на фиг.1, роль вакуумных окон выполняют полые керамические трубки 11, в данном случае имеющие коническую форму. Эти трубки широким основанием припаяны к корпусу 1, узким основанием — к проводникам 7. (Вместо трубок конической формы могут быть применены цилиндрические трубки). Такие вакуумные окна широко применяются в СВЧ-электровакуумных приборах с коаксиальными выводами энергии.

Однако выходные устройства. каждой секции предлагаемого магнетрона нельзя считать коаксиальными, поскольку излучаемая

СВЧ-мощность при наличии проводника 9. соединяющего проводники 7, через вакуумные окна непосредственно поступает в обьем волноводного выходного устройства.

Проводник 9 в этом варианте магнетрона расположен вакуумной части прибора.

В варианте магнетрона, показанном на фиг.2, поперечный проводник 9, соединяющий проводники 7, расположен s вакуумной части выходного устройства, что достигается применением общего для обеих колеба"5 тельных систем вакуумного окна 12, выполненного в виде "колпака", припаянного к корпусу 1 магнетрона. B этом случае применен изолятор 13 для механической прочности магнитной петли, условно показанный на фиг.2 в виде стержня.

В обоих вариантах магнетрона волновод 10 может быть выполнен сьемным, т.е.

его крепление к корпусу 1 может быть осуществлено не путем пайки, а с помощью

25 винтового крепления. Это не только упрощает конструкцию магнетрона и технологию его изготовления, но в ряде применений может упростить и конструкцию ввода СВЧэнергии в рабочую камеру СВЧ-печи, так как

30 магнитная петля связи может быть использована непосредственно для возбуждения камеры. Это заключение основано на том, что волновое сопротивление крупногабаритных многомодовых камер в первом при35 ближении можно считать равным волновому сопротивлению свободного пространства; в то же время и волновое сопротивление стандартного волновода прямоугольного сечения, на который рас40 считана работа магнетрона, незначительно отличается от этого сопротивления. Отметим, что изменение общей длины проводника 9 мало влияет на величину внешних (нагружен н ых) добротностей резон вторн ых систем.

Работа магнетрона с общей для обеих резонаторных систем петлей связи основана на укаэанной выше попеременной работе генераторных ячеек с присущим углом

50 отсечки анодного тока каждой ячейки при питании их по двухполупериодной (двухтактной) схеме. В этом случае ВЧ-ток, протекающий по петле связи в течение длительности работы одной ячейки, замыкается на анод другой ячейки, которая в это время нв генерирует. Через полпериода анодного напряжения ячейки меняются местами. При этом исключается влияние одной ячейки на другую и обеспечивается незави=имость их генерации при наиболее благо2003195 ствия целесообразнее применять выходное устройство, показанное на фиг.2.

Как видно из вышеизложенного оба описанных варианта из-эа отсутствия ваку5 умного окна полноводного типа и паразитных резонансов в трансформаторе вывода энергии обладают повышенной надежностью, конструкция их выходного устройства по сравнению с прототипом значительно уп10 рощена, а технология изготовления магнетронов обладает сниженной трудоемкостью. (56} Соколов И.В„Машин Б.Г. Двухчастотный сетевой магнетрон для промышленного

15 применения, Электронная техника, серия 1

"Электроника СВЧ", 1972, вып.б.

Авторское свидетельство СССР

N 240859, кл. Н 01 J 25/58, 1970.

Формула изобретения

ДВУХЧАСТОТНЫЙ СЕТЕВОЙ МАГHETPGH, содержащий .в одном корпусе две резонаторные системы, вывод энергии волноводного типа и вакуумное уплотне" 25 ние в прямоугольном волноводе, отличающийся тем, что, с целью упрощения у стройства и повышения стабильности в работе путем устранения паразитных колебаний в выводе энергии, вывод энергии 30 выполнен в виде петли связи, общей для обеих резонаторных систем, петля связи приятном возбуждении волновода на рабочем типе колебаний.

Экспериментальные образцы ма гнетрона, выполненные по схеме фиг.1 с двумя рабочими частотами в промышленном диапазоне частот 2450+50 Мгц, разнесенными одна от другой на 20-80 Мгц, имели выходную среднюю мощность 5 — 6 кВт при анодном пиковом напряжении 5.5 кВ и КПД около 607. Они более просты в изготовлении, чем известный аналог(2,3). В процессе его обследований не были отмечены какиелибо резонансы, связанные с выводом энергии. Для повышения выходной мощности при соответствующем изменении резонаторных систем и пространства взаимодейобразована двумя проводниками, которые направлены параллельно оси волновода и одни концы которых кондуктивно соединены каждый с соответствующей резонаторной системой через отверстие в корпусе, и поперечным проводником, который расположен параллельно узким стенкам прямоугольного волновода и соединен с другими концами параллельных проводников,, а saкуумное уплотнение выполнено на каждом проводнике или общим для обоих проводников, 2003195

Фу Z

Составитель 3.Артикулова

Техред M.Moðãåíòàë Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Редактор 8.Трубченко

Заказ 3236

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101