Мини-лекции. СВЧ. Платинотрон

   

   ПЛАТИНОТРОН, от древнегреческого «делаю шире, расширяю» +...трон. В смысле (элек)трон. Электровакуумный прибор магнетронного типа (прибор обратной волны) для широкополосного усиления и генерирования СВЧ колебаний! Иногда его называют ещё МАГНЕТРОН УСИЛИТЕЛЬНЫЙ. Вот только сам по себе Платинотрон вовсе не трон потому как под этим понятием скрываются два трона, это: АМПЛИТРОН и СТАБИЛОТРОН.

   АМПЛИТРОН, от латинского amplifier «усилитель» +...трон. Электровакуумный прибор магнетронного типа для широкополосного усиления СВЧ колебаний. Тот же самый платинотрон работающий в режиме усиления. Как и все усилители работающий в режиме генерации (при определённых условиях) и обзываемый СТАБИЛОТРОНОМ! Стабильный генератор, да ещё и широкополосный! Итак?!

   АМПЛИТРОН

   Лучшее, — враг хорошего! Не успели изобрести магнетрон, как выползли его недостатки: нестабильность частоты, невозможность быстрой перестройки, узкополосность и невозможность работать усилителем. Ну, да он же как бы генератор, чё Вам ещё надо?! А, как же со всем остальным? Вот и началась эпидемия усовершенствования этого чёртового магнетрона! Так сообща и родили платинотрон... И много ещё чего разного?! Вот только так, навскидку: Карматрон, дематрон,бидематрон, ультрон... На рис.6 и рис.7 стало быть условное изображение как магнетрона, так и платинотрона. В чём разница? Во-первых, у магнетрона резонансная система замкнутая, а у платинотрона нет. Во-вторых, у магнетрона чётное число резонаторов, а у платинотрона нечётное. Ну, чтобы не допустить вместо усиления возбуждения пи-вида колебаний! В третьих, у магнетрона связки могут быть, могут и не быть, а у платинотрона просто необходимы! В общем виде платинотрон нечто среднее можду магнетроном и ЛОВМ, лампой обратной волны М-типа. Ведь платинотрон в отличие от магнетрона работает как и ЛОВМ на обратной волне! Вдобавок из резонансной системы у магнетрона, превратилась обычную замедляющую систему, ЗС.

   На рис.2,3,4,5 показаны для сравнения извращения с кольцевыми ЗС. Где:

   рис.2 — амплитрон;
   рис.3 — ЛОВМ в режиме усиления;
   рис.4 — генераторный карматрон;
   рис.5 — ЛОВМ в режиме генерации.

   На рис.10 амплитрон почти во всей красе?! Во-первых, его зовут МИУ-79 (МИУ-90). Как я и упоминал, о том, что называют их МАГНИТРОННЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Во-вторых, здесь нет двух кольцевых магнитов. Неокрашенный цилиндрический выступ скорее всего для одного из них?! На противоположной стороне аналогичное... Внизу, рис.10а фрагмент прибора с чётким шильдиком. Так, что если Вы встретите разные марки приборов МИУ-79 или МИУ-90 с одной и той же картинкой у Вас не возникнет вопросов...

   Амплитроны применяются главным образом в качестве усилителей сравнительно мощных сигналов для получения больших выходных мощностей. В непрерывном режиме мощность достигает 500 кВт, а в импульсном - 10 МВт. КПД амплитронов достигает 60…80 %. Амплитрон, к сожалению имеет малый коэффициент усиления (по мощности) и не превышает 10…12 дБ.

   Незамкнутость анодного блока амплитрона по высокой частоте резко снижает его добротность, что обуславливает сравнительно высокую широкополосность прибора (6..10 %). Здесь нет ничего особого, вспомните детекторный радиоприёмник?.. Чем ниже добротность, тем шире полоса частот! И наоборот... Амплитрон подобно магнетрону имеет катод 2, параллельно оси которого направлено магнитное поле. Замедляющая система амплитрона 1 гребенчатого типа является разомкнутой, т.е. имеет два вывода 5 и 6, образованные разрывом связок. С целью предотвращения самовозбуждения колебаний пи-вида замедляющая система амплитрона содержит нечетное число резонаторов. Взаимодействия электронного потока и электромагнитной волны в амплитроне, приводящий к усилению, аналогичен механизму работы многорезонаторного магнетрона. В амплитроне рабочей является обратная пространственная гармоника.

   А, что такое КАРМАТРОН о котором я упомянул ранее? Да ничего особенного?! Он аналогичен ЛОВМ в режиме генерации. Карматроны позволяют получить большие токи и мощности СВЧ и используются в качестве генераторов с узкой электронной перестройкой частоты. Карматрон - это прибор, предназначенный для генерации колебаний. Он имеет такое же устройство, как и амплитрон, но вместо входа - согласованную нагрузку 4. В карматроне, как и в магнетроне, создается вращающийся объемный заряд (магнитная система карматрона и магнетрона аналогичны), фокусирующийся в виде электронных сгустков, так называемых спиц. Карматроны используются и стало быть встречаются гораздо реже чем амплитроны и на их основе стабилотроны!

   СТАБИЛОТРОН

   Стабилотрон, тот же амплитрон несколько расширенный всякими прибамбасами... Целая схема получается. И всё ради повышения стабильности генерирующей частоты! Вот на рис.1 блок-схема нашего стабилотрона. Схема, где:

   1 — собственно сам амплитрон;
   2 — отражающая вставка;
   3 — полезная нагрузка;
   4 — фазовращающая цепь;
   5 — высокодобротный внешний резонатор;
   6 — поглощающая нагрузка.

   Обратная связь в стабилотроне (ведь амплитрон всего лишь усилитель!) осуществляется с помощью отражающей вставки 2, которую подключают между выходом стабилотрона и полезной нагрузкой 3. С чего начинается работа стабилотрона? Правильно с флуктуации в амплитроне. После всех электродёрганий, возникают электромагнитные дёргания и далее усиление их амплитроном. А на его выходе их уже ждут... Часть энергии с выхода амплитрона отражается от вставки 2 и движется к высокодобротному резонатору (Как? Большая государственная тайна!), отражается от него, усиливается к выходу и поступает на нагрузку. То есть существует своеобразная петля обратной связи.

   Частота этих колебаний определяется резонатором и будет высокостабильной. Фазовращатель подруливает систему под баланс фаз именно под частоту резонатора. Резонатор вообще-то не входит в колебательную систему амплитрона и, работая в лучшем температурном режиме, имеет большую добротность, обеспечивая тем самым высокую стабильность частоты. Одним из условий работы стабилотрона, общий, суммарный сдвиг фаз должен быть равен по формуле рис.1а! В смысле должны соблюдаться баланс фаз и естественно баланс амплитуд. И вот, когда эти чёртовы балансы наступят, то и наступит стационарный режим! Стабилотрон начнёт выдавать «на гора» выходную частоту. Если часть энергии пройдёт через отражающую вставку 2 она уйдёт в полезную нагрузку 3. А, зачем ещё какая-то поглощающая нагрузка? Чтобы не допустить в процесс всякие паразитные колебания! Для этих же целей у амплитрона нечётное число резонаторв. Так на рис.6 и рис.7 у магнетронов восемь резонаторов, то у платинотрона девять!