Расчет магнитопровода, 7 Экспериментальное исследование магнетрона - Многорезонаторный магнетрон

Совместно с представителями предприятия ООО "Магнитные системы" проведена оптимизация конструкции магнитопровода с помощью современной программы "BEMS". Основные характеристики магнитного поля Bz и Br, как функции оси z приведены для двух конструктивных вариантов магнитопровода.

первый вариант магнитопровода

Рисунок 3.20. Первый вариант магнитопровода.

функция br(z) для первого варианта магнитопровода

Рисунок 3.21. Функция Br(z) для первого варианта магнитопровода.

функция bz(z) для первого варианта магнитопровода

Рисунок 3.22. Функция Bz(z) для первого варианта магнитопровода.

второй вариант магнитопровода

Рисунок 3.23. Второй вариант магнитопровода.

Вес системы 412 г, вес магнитов 114 г.

функция br(z) для второго варианта магнитопровода

Рисунок 3.24. Функция Br(z) для второго варианта магнитопровода.

функция bz(z) для второго варианта магнитопровода

Рисунок 3.25. Функция Bz(z) для второго варианта магнитопровода.

Оптимизация была направлена на уменьшение общего веса системы при сохранении требуемых параметров магнитного поля.

7 Экспериментальное исследование магнетрона

Испытания проводились для трех образцов (№122Л014, №122Л023, №122Л032). Цель испытаний: проверка конструкторско-технологических решений на соответствие требованиям ТЗ по напряжению анода, выходной мощности, устойчивости работы на нагрузку с КСВ<1.3 при изменении фазы коэффициента отражения на 360° в диапазоне токов от Iа ном - 10% до Iа ном + 10%, среднеквадратической величине флуктуации фронта огибающей ВЧ импульса, коэффициенту электронного смещения частоты и коэффициенту затягивания частоты на соответствие требованиям ТЗ. Результаты испытаний приведены в таблице 3.1 и рисунках 3.26, 3.27.

Таблица 3.1. Режим измерений фи =0,2 мкс Q=2000

№ образца

Рвых

Iа

Uа

А1сп

Дfшир

Дфи

Фи(проп)

Дfсм

ДFзат

Фи, мкс

КВт

А

КВ

ДБ

МГц

Нс

%

МГц/А

МГц

122Л014

5,0

10

13

-10

10

2

Нет

14

15

122Л023

7,0

10

13

-6

10

3

Нет

14

25

122Л032

3,7

10

13

-7

10

1

Нет

10

20

Макетные образцы магнетронов имеют выходную импульсную мощность 3,7 - 7 кВт, напряжение анода 13 кВ, амплитуду боковиков (-10) - (-6.2) дБ, ширину основного лепестка спектра 10_МГц, флюктуации фронта 1 - 3 нс, пропущенные импульсы 0%, коэффициент электронного смещения частоты 10-14 МГц/А, затягивание частоты 15 - 25 МГц, при номинальном значении тока анода 10 А.

импульс тока анода и огибающая свч импульсов

Рисунок 3.26. Импульс тока анода и огибающая СВЧ импульсов

Образцы магнетронов соответствуют требованиям ТЗ за исключением Pвых. На изделиях №№ 122Л014, 122Л032 мощность меньше нормы. Образцы изделий №№ 122Л014, 122Л032 имеют не оптимальные размеры трансформатора. За счет корректировки геометрических размеров возможно увеличение связи магнетрона с нагрузкой и, соответственно, увеличение Pвых. Испытания на нагрев анодного блока производились при температуре окружающей среды 28 °C. Результат приведен в таблицах 2 и 3.

Таблица 3.2. Испытания температуры анодного блока

Нагрев

Охлаждение

Время, мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

Температура, °C

42

48

50

50

50

50

50

50

50

50

36

32

30
диаграмма нагрева и охлаждения магнетрона

Рисунок 3.28. Диаграмма нагрева и охлаждения магнетрона.

Таблица 3.3. Испытание температуры анодного блока в циклическом режиме.

Циклы

1

2

3

4

5

6

7

8

Нагрев, °C

45

45

46

46

48

49

49

49

Охлаждение, °C

35

38

38

38

39

39

39

39
диаграмма температуры при работе в циклическом режиме

Рисунок 3.29. Диаграмма температуры при работе в циклическом режиме

Из приведенных диаграмм видно, что при температуре окружающей среды 28 °C анод нагрелся максимум до 50 °C, т. е. температура увеличилась на 22 °C. Магнетрон будет работать в условиях, где температура окружающей среды может изменяться от -60 °C до 70 °C. Анодный блок при максимально возможной температуре окружающей среды нагреется до 92 °C (70 °C + нагрев 22 °C). Таким образом, условие максимальной допустимой температуры анода соблюдено.

Выводы к главе 3

В данной главе были рассчитаны и оптимизированы основные узлы магнетрона для соответствия требованиям заказчика.

Благодаря введению специальных теплопроводящих элементов конструкции, припаянных к анодному блоку и ребрам охлаждения, была обеспечена наиболее эффективная теплоотдача от анодного блока на ребра охлаждения системы. Наиболее эффективный теплоотвод возможен при использовании цилиндров из материала медь. Оптимальная высота ребер охлаждения - 4 мм.

Получить АЗС с минимальными потерями и при этом иметь максимальную формоустойчивость при работе магнетрона в генераторном режиме не удалось, поэтому были выбраны компромиссные решения. Была выбрана медно-молибденовая система с толщиной молибдена на ламели 1мм.

Исследования по измерению температуры анодного блока магнетронов со встроенной и внешней системой охлаждения позволили сделать вывод о том, что второй вариант конструкции магнетрона лучше приспособлен для работы в реальных условиях в связи с меньшей максимальной температурой нагрева.

Уменьшение массы магнетрона до соответствия требованию заказчика не более 1 кг, было достигнуто в основном за счет оптимизации размеров и конструкции магнитопровода.

Значения, полученные на установке "горячих" измерений, полностью удовлетворяют поставленным требованиям и подтверждают хорошую работоспособность созданного прибора.

В результате данной работы удалось получить мощный малогабаритный прибор, обладающий заявленными электродинамическими параметрами и отлично функционирующий в заданном рабочем режиме.

Похожие статьи




Расчет магнитопровода, 7 Экспериментальное исследование магнетрона - Многорезонаторный магнетрон

Предыдущая | Следующая