> г, - r; критический (2R = r) и з а к р и-тический {2R < г, - г^) Если зафиксировать напряжение на аноде £ то ток через диод, в котором электроны движутся под действием скрещенных статических полей, зависит от индукции В (рис. 8.2) Значение Sp определено соотношением (2.17). В системе координат Ej,- В критическим режимам соответствует парабола (рис. 8.3), описываемая следующим выражением:

F -=:

2гп/е

(8.4)

Использование докритического режима для генерации энергии СВЧ невозможно, так как эмиттированные катодом электроны, ускоряясь полем Е, быстро покидают пространство взаимодействия, отдавая кинетическую энергию на разогрев анода.

Рис. 8.2. Зависимость анодного тока диода от индукции подмагничивающего поля:

/ - область докритическик режимов; - область за-критических режимов

Рис. 8.3. Парабола критических режимов работы магнетрона

/ - область докритичес-ких режимов, -область закритических режимов

В закритическом режиме средняя скорость электронов (скорость центра образующего круга) направлена по касательной к поверхности катода (анода) и определяется как скорость дрейфа электронов в пространстве взаимодействия полученным в § 2.3, п. 2 соотношением

, = £/S (8.5)

др-

в режиме генерации кроме статических полей в пространстве между анодом и катодом действует СВЧ электрическое поле, соответствующее по структуре тому типу волны и

тому виду колебаний, которые возбуждаются в резонаторах анодного блока. В магнетронной PC (см. § 3.4) используют низший тип волны, при котором в резонаторах возбуждаются поля с постоянной в направлении оси прибора (по толш,ине анодного блока) амплитудой. Что касается видов колебаний в магнетронной PC, то они отличаются друг от друга фазовым сдвигом ф„ = 2nn/N между колебаниями в соседних резонаторах.

Основной для магнетрона л-вид характеризуется про-тивофазностью колебаний в соседних резонаторах (фл72 = -л). Для его получения число резонаторов должно быть обязательно четным.

В пространстве взаимодействия СВЧ электрическое поле с амплитудой Е' удобно рассматривать разложенным на две составляющие: нормальную Е„ и тангенциальную Ех (см. рис. 2.10). Нормальная составляющая, модулируя электроны по скорости, приводит к модуляции электронного потока по плотности. Тангенциальная составляющая СВЧ электрического поля, параллельная направлению средней скорости электронов Удр, ускоряет какую-то часть электронов, вылетевших из катода в тот момент времени, когда в данной области пространства взаимодействия Е^ было направлено противоположно v. Эти электроны успевают описать лишь часть эпициклоиды и попадают вновь на катод, создавая тем самым обратную бомбардировку. Они отбирают лишь незначительную энергию у СВЧ-поля, а действующий в магнетроне механизм фазовой фокусировки выводит их из игры , отправляя немедленно на катод. Действие этого же механизма приводит к тому, что оставшиеся в пространстве взаимодействия электроны группируются в тех его областях, где направления Е^ и Удр совпадают, т. е. тангенциальное поле для этих электронов оказывается тормозящим, и энергия источника питания, расходуемая на их ускорение, при торможении передается полю.

Катод

Рис. 8.4. Форма электронного потока в восьмирезонаторноо магнетроне (заштриховано)

в магнетроне с цилиндрическими анодом и катодом механизм группировки (фазовой фокусировки) заставляет электронный поток в пространстве взаимодействия образовать так называемое колесо со спицами (рис. 8.4). Электронная втулка этого колеса в прикатодной области состоит из электронов, втягивающихся в спицы , а также попавших под действие поля Е^. с ускоряющей фазой и возвращающихся на катод. Спицы колеса - это плотные сгустки электронов, которые вращаются вокруг катода, пролетая емкостные щели резонаторов в моменты времени, когда тормозящее поле Е^ в них максимально. В режиме генерации спицы движутся синхронно с СВЧ-полем, т. е.

дрУф . (8.6)

где Уф - фазовая скорость основной пространственной гармоники ** электромагнитного поля в PC магнетрона при возбуждении в ней п-го вида колебаний. Количество электронных спиц , формирующихся в пространстве взаимодействия магнетрона, равно числу максимумов амплитуды поля Е^ в этом пространстве, соответствующих тормозящей фазе этого поля. Следовательно, при работе на л-виде число спиц равно N/2.

Найдем скорость вращения вокруг катода колеса со спицами , находящегося в синхронизме с п-м видом колебаний. За период Т„ СВЧ-колебаний соответствующего вида спица должна продвинуться от одного максимума тормозящего поля до другого. Так как число максимумов по длине окружности анода равно /г, период обращения спицы вокруг катода Тс п = пТ , откуда следует, что угловая скорость вращения спиц

(о, = 2л/ /п. (8.7)

Электрон, находящийся в спице на окружности среднего радиуса (г, + имеет линейную скорость

Уср=-срСОсп =-(-а + Гк)- (8.8)

В то же время скорость этого же электрона определяется (8.5). Следовательно, (8.6) может быть выполнено при на-

*> Естественно, что PC магнетрона можно рассматривать как ЗС типа цепочка связанных резонаторов , замкнутую в кольцо. Взаимодействие электронов происходит с основной (нулевой) пространственной гармошкой поля, так как для нее сопротивление связи максимально,