Изготовление резонаторов и замедляющих систем
В зависимости от типа высокочастотной системы фокусировки приборы подразделяются на резонансные и нерезонансные.
В резонансных СВЧ-приборах, например магнетронах и вистронах, для повышения эффективности взаимодействия электронов с высокочастотным полем применяются резонаторы, вторые увеличивают амплитуду поля.
Закрепляются на основании пуансона или матрицы скобами, шплинтом или приклеиваются эпоксидными смолами. Стойкость режущих поверхностей таких штампов в 40—50 раз превышает стойкость штампов со стальными пуансоном и матрицей.
Аноды из твердых металлов, таких, как ниобий, тантал и молибден, изготовляют давильным способом на токарных станках. Заготовку закрепляют на оправке, имеющей форму готовой детали, и поджимают к оправке прижимом. Давильник перемещается вдоль вращающейся заготовки, прижимает ее к оправке и придает ей тем самым требуемую форму.
При изготовлении анодов методом резания производят: обтачивание и шлифование наружных поверхностей; сверление, растачивание, развертывание и шлифование внутренних полостей.
Аноды, после их изготовления, подвергают операциям зачистки заусенцев, механической доводки (формовки), химической и термической обработки.
Резонаторы обычно представляют собой полости, ограниченные металлическими стенками. Длина резонатора должна быть равна целому числу полуволн в волноводе. На рис. 21.5 показана конструкция резонатора анодного блока магнетрона: медный цилиндр I имеет внутри расположенные в радиальном направлении боковые камеры-резонаторы сложной формы, окружающие центральное (анодное) отверстие 3. Вместе с анодным отверстием эти камеры образуют полость, которую называют резонаторной системой.
Основными параметрами объемных резонаторов являются: резонансная частота wo (или собственная резонансная длина волны); характеристическое сопротивление р — V Ьжв/Сэкв, где Аэкв и Сэкв — значения эквивалентных индуктивности и емкости; активная проводимость а, являющаяся мерой активных потерь в резонаторе.
Необходимо так конструировать объемные резонаторы, чтобы значение характеристического сопротивления р было как можно больше, т. е. по возможности увеличивать эквивалентную индуктивность L экв и уменьшить эквивалентную емкость СЭКв. В этом случае потери СВЧ-энергии в резонаторе, идущие на нагрев металлических стенок, уменьшаются, а КПД электронных приборов увеличивается.
Собственная резонансная длина волны Л о определяется размерами резонатора и типом колебаний. Для прямоугольных резонаторов
где т — целые положительные числа, а и b — размеры широкой и узкой стенок прямоугольного волновода; I — расстояние между металлическими пластинами, закорачивающими отрезок прямоугольного волновода. На рис. 21.6 показаны разновидности резонаторных систем. Практически применяются резонаторы на основе волноводов, кольцевые и радиальные и т. д. Точность размеров резонаторов определяет КПД, воспроизводимость и малый разброс частот генерируемых ими электромагнитных колебаний.
Основным методом изготовления щелевых резонаторных систем является механическая обработка: выдавливание заготовок, токарная обработка их торцевых поверхностей и анодного отверстия, рассверливание анодных отверстий, распиливание щелочей, чистовая токарная обработка и обработка плоскости полученного блока и отверстия под вывод энергии. В последнее время щели в резонаторных системах изготовляют методом электроэрозионной обработки (см. с. 100) с помощью непрофилированного электрода-инструмента.
В нерезонаторных приборах, например лампах бегущей волны (ЛЕВ), применяются замедляющие системы (рис. 21.7).
Замедляющие системы (30 выполняют в виде ячеек той или иной формы, периодически повторяющихся в одном или нескольких направлениях. Обычно электронный поток, с которым взаимодействует электромагнит-ная волна, пропускают внутри спирали ЗС.
При больших замедлениях длину витка спирали можно считать равной ЪгЬ и тогда при h «2лЬ m = 2rtb/h= tgp . Замедление скорости электромагнитной волны до скорости электронного потока в ЗС обеспечивает синхронное движение волны и электронов и позволяет за счет эффективного обмена энергией между электронами и волной получить усиление входного СВЧ-сигнала.
Замедляющие системы должны иметь хороший теплоотвод (что позволит работать при значительных плотностях потока мощности в электронном пучке) и мелкую структуру (структура должна быть тем мельче, чем короче длина рабочей волны). Поэтому очень высокие требования предъявляются к точности их изготовления. Обычно замедляющие системы изготовляют из меди фрезерованием, штамповкой, выдавливанием, электронно-лучевой, лазерной или электроэрозионной обработкой, а в некоторых случаях — фотокопированием или электролитическим осаждением.
В широкополюсных усилителях и широкодиапазонных генераторах применяются замедляющие системы в виде одно-, двухза-ходных и концентрических спиралей. Спирали изготовляются из молибденовой или вольфрамовой проволоки диаметром 0,03—0,5 мм, которую иногда для повышения поверхностной электропроводности покрывают слоем серебра, сначала горячей металлизацией, а затем гальваническим путем.
Замедление т электромагнитной волны в направлении продольной оси спирали приблизительно ракно отношению длины витка спирали к ее шагу:
