eng
Выпуск #5/2015
И.Иванов, Н. Петюшин, Н. Скрипкин
Сумматор мощности магнетронов 3-миллиметрового диапазона длин волн
Сумматор мощности магнетронов 3-миллиметрового диапазона длин волн
Просмотры: 3380
Для увеличения импульсной мощности и стабилизации частоты радиоэлектронного СВЧ-оборудования применяют различные способы суммирования мощности магнетронов. В статье рассмотрены результаты экспериментальных работ по суммированию и синхронизации двух магнетронов с помощью сверхразмерного волноводного моста.
Теги: frequency stabilization magnetron microwave power combiner synchronization waveguide bridge волноводный мост магнетрон синхронизация стабилизация частоты сумматор свч-мощности
О
сновные принципы применения волноводных мостов для синхронизации, суммирования и усиления СВЧ-мощности изложены в [1], [2]. В данной работе исследуется возможность суммирования синхронизированных импульсных магнетронов 3-миллиметрового диапазона в квазиоптическом мосте, использующем эффект Тальбота в сверхразмерном волноводе, и анализируются предварительные результаты экспериментов по суммированию и синхронизации магнетронов.
Применение сверхразмерного моста на основе эффекта Тальбота, предложенное сотрудниками Института прикладной физики Российской академии наук Г. Денисовым и М. Шмелевым, позволило значительно увеличить электрическую прочность и улучшить электродинамические параметры сумматора.
Для проведения эксперимента по суммированию и синхронизации магнетронов был разработан, оптимизирован и изготовлен сверхразмерный волноводный мост (рис.1) с параметрами:
• рабочая частота (F0) ~ 100 ГГц;
• ширина рабочей полосы частот не менее 500 МГц;
• коэффициент передачи – 3 дБ;
• направленность не менее –10 дБ;
• максимальные габариты с учетом фланцев не более 260 мм.
Характеристики изготовленных макетов волноводных мостов были сняты на установке "холодных" измерений. Коэффициенты стоячей волны по напряжению (КСВН) для каждого из двух входов сумматора в рабочей полосе составили не более 1,2, а коэффициент передачи (деления) – 3,5...4,5 дБ.
Эксперименты по сложению мощностей были проведены с помощью балансного сумматора (рис.2). Взаимная фазировка двух магнетронов обеспечивалась фазосдвигателем Ф, а согласование со стороны плеча 2 осуществлялось с помощью короткозамыкающего поршня П (см. рис.2). Рабочие частоты двух магнетронов составляли F0–25 МГц и F0+30 МГц. Мощность импульсных магнетронов на согласованную нагрузку – 4,2 и 5,1 КВт. Длительность импульса СВЧ – 200 нс.
Путем перемещения поршня П суммированный сигнал направлялся на прибор горячих измерений (ПГИ), с помощью которого измерялись мощность, частота, спектр и огибающая СВЧ-импульса. При оптимальном положении поршня был получен коэффициент суммирования Ксум = 0,8 (Рсум = 7,5 КВт) при Fсум = F0. При перемещении поршня на расстояние, превышающее 0,1 λв (где λв – длина волны в волноводе), от оптимального положения происходила рассинхронизация магнетронов, причем каждый из них начинал работать на собственной частоте. В каждом из режимов были сняты спектрограммы и огибающие СВЧ-сигнала (рис.3, 4).
В результате проведенных работ экспериментальным путем была определена максимальная полоса частоты суммирования ∆F = 60 МГц при фазовом ограничении (максимальном относительном фазовом сдвиге) ∆ϕ = 90°. Данный результат вполне соответствует условию синхронизации [3]:
∆F = 2 Г ∙ F0
—
Qвнеш
sin ∆ϕ,
где Г – модуль коэффициента отражения, F0 – собственная частота магнетрона, Qвнеш – внешняя добротность.
* * *
Результаты экспериментальных работ по суммированию и синхронизации двух магнетронов с помощью сверхразмерного волноводного моста подтверждают возможность использования данного метода в составе комплексов радиоэлектронного оборудования для увеличения импульсной мощности и стабилизации частоты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лебедев И. Балансный усилитель СВЧ. – Авторское свидетельство № 25550 с приоритетом от 1 июня 1962 г.
2. Бецкий О., Гутцайт Э. Балансный регенеративный усилитель СВЧ // Радиотехника и электроника. 1966. № 4. С. 709–720.
3. Дейвид Э. Фазирование высокочастотными сигналам // Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями / Пер.под ред. М. Федорова, ИЛ, 2, 1961, с.327.
сновные принципы применения волноводных мостов для синхронизации, суммирования и усиления СВЧ-мощности изложены в [1], [2]. В данной работе исследуется возможность суммирования синхронизированных импульсных магнетронов 3-миллиметрового диапазона в квазиоптическом мосте, использующем эффект Тальбота в сверхразмерном волноводе, и анализируются предварительные результаты экспериментов по суммированию и синхронизации магнетронов.
Применение сверхразмерного моста на основе эффекта Тальбота, предложенное сотрудниками Института прикладной физики Российской академии наук Г. Денисовым и М. Шмелевым, позволило значительно увеличить электрическую прочность и улучшить электродинамические параметры сумматора.
Для проведения эксперимента по суммированию и синхронизации магнетронов был разработан, оптимизирован и изготовлен сверхразмерный волноводный мост (рис.1) с параметрами:
• рабочая частота (F0) ~ 100 ГГц;
• ширина рабочей полосы частот не менее 500 МГц;
• коэффициент передачи – 3 дБ;
• направленность не менее –10 дБ;
• максимальные габариты с учетом фланцев не более 260 мм.
Характеристики изготовленных макетов волноводных мостов были сняты на установке "холодных" измерений. Коэффициенты стоячей волны по напряжению (КСВН) для каждого из двух входов сумматора в рабочей полосе составили не более 1,2, а коэффициент передачи (деления) – 3,5...4,5 дБ.
Эксперименты по сложению мощностей были проведены с помощью балансного сумматора (рис.2). Взаимная фазировка двух магнетронов обеспечивалась фазосдвигателем Ф, а согласование со стороны плеча 2 осуществлялось с помощью короткозамыкающего поршня П (см. рис.2). Рабочие частоты двух магнетронов составляли F0–25 МГц и F0+30 МГц. Мощность импульсных магнетронов на согласованную нагрузку – 4,2 и 5,1 КВт. Длительность импульса СВЧ – 200 нс.
Путем перемещения поршня П суммированный сигнал направлялся на прибор горячих измерений (ПГИ), с помощью которого измерялись мощность, частота, спектр и огибающая СВЧ-импульса. При оптимальном положении поршня был получен коэффициент суммирования Ксум = 0,8 (Рсум = 7,5 КВт) при Fсум = F0. При перемещении поршня на расстояние, превышающее 0,1 λв (где λв – длина волны в волноводе), от оптимального положения происходила рассинхронизация магнетронов, причем каждый из них начинал работать на собственной частоте. В каждом из режимов были сняты спектрограммы и огибающие СВЧ-сигнала (рис.3, 4).
В результате проведенных работ экспериментальным путем была определена максимальная полоса частоты суммирования ∆F = 60 МГц при фазовом ограничении (максимальном относительном фазовом сдвиге) ∆ϕ = 90°. Данный результат вполне соответствует условию синхронизации [3]:
∆F = 2 Г ∙ F0
—
Qвнеш
sin ∆ϕ,
где Г – модуль коэффициента отражения, F0 – собственная частота магнетрона, Qвнеш – внешняя добротность.
* * *
Результаты экспериментальных работ по суммированию и синхронизации двух магнетронов с помощью сверхразмерного волноводного моста подтверждают возможность использования данного метода в составе комплексов радиоэлектронного оборудования для увеличения импульсной мощности и стабилизации частоты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лебедев И. Балансный усилитель СВЧ. – Авторское свидетельство № 25550 с приоритетом от 1 июня 1962 г.
2. Бецкий О., Гутцайт Э. Балансный регенеративный усилитель СВЧ // Радиотехника и электроника. 1966. № 4. С. 709–720.
3. Дейвид Э. Фазирование высокочастотными сигналам // Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями / Пер.под ред. М. Федорова, ИЛ, 2, 1961, с.327.
Отзывы читателей
