Большинство современных электровакуумных приборов (ЭВП) сверхвысоких частот работает с постоянными магнитными полями, которые формируют и фокусируют электронные потоки, взаимодействующие с переменными электромагнитными полями [1] .
Наиболее .просто постоянное магнитное поле создается с помощью соленоида или электромагнита. Но громоздкость, большой вес, дороговизна, "расход мощности для питания, расход воды или сжатого воздуха на охлаждение ограничивают возможности применения таких устройств. Постоянные магниты лишены указанных недостатков и выгодно отличаются высокой надежностью, безопасностью в эксплуатации, долговечностью и простотой в обслуживании. Экономическая целесообразность способствовала быстрому росту числа пакетированных видов электровакуумных приборов, т. е. приборов, выпускаемых только настроенными вместе с постоянными магнитами. До 60% СВЧ приборов, требующих статические магнитные .поля, выполняются в виде пакетированных конструкций [2J . Нет принципиальных ограничений для пакетирования всех типов СВЧ приборов, для которых необходимы постоянные магнитные поля.
Мапнитная система—это сложная мапнитная цепь, состоящая из постоянного магнита, к которому в зависимости от конструкции цепи подключаются полюсные наконечники, амагаитопроводы, выпрямителя поля, шунты, ферроэкраны и (другие элементы вместе со всей необходимой для них крепежной -арматурой.
Вес (магнитных систем составляет 60—90% от общего веса СВЧ прибора, а стоимость—20—50% стоимости прибора. Разработка сложной магнитной системы занимает 80—40% общего объема работы над пакетированным прибором.
Основные факторы, благодаря которым в последние годы созданы надежяые, легкие и дешевые магнитные системы, следующие: 1. Разработка серии высокоэффективных магнитных материалов с различными гистерезисными цикла.ми. Это прежде всего сплавы с Двойной текстурой (магнитной я кристаллической) [3,4], высококоэр-Цитивные сплавы, содержащие титан [5J, магнитнотвердые ферриты и другие [6,7]. Высокие значения магнитных параметров новых
сплавов позволили при конструирования ряда магнитных систем перейти от крупногабаритных скоб и рогообразных магнитов к прямолинейным или слабоизогяутым магнитам, что резко сократило вес и .размеры приборов. Широкий выбор 'материалов дал -возможность проектировать системы из элементов с различными магнитными характеристиками. Разработка технологии магнитнотвердых ферритов, в частности феррита бария, оказала решающее влияние «а развитие приборов с периодической фокусировкой.
2. Расширение сферы применения самых легких из магнито-статических структур — магнитных периодических фокусирующих систем (МПФС), .представляющих собой последовательное соединение магнитных яинз. В 1956 г. были известны только три экспериментальные лампы бегущей волны (ЛБВ) с периодическими фокусирующими системами на постоянных магнитах [8]. В настоящее время существует более 800 типов зарубежных ЛБВ самых различных уровней выходной мощности с периодической магнитной фокусировкой. Созданы клистроны и гетеродинные лампы обратной волны с периодической фокусировкой [9]. Появился и быстро нашел практическое применение новый тип периодических систем—реверсивные фокусирующие системы (9J.
3. Стремление к сращиванию, слиянию магнитной системы с деталями вакуумной части ЭВП. Этот фактор существенно меняет характер современных м:агнитных систем для электровакуумных приборов. ; (
В настоящее время 'работа над электровакуумной частью и! магнитной системой СВЧ прибора должна вестись совместно^ В начале разработки прибора его будущую магнитную систему не-: возможно описать -исчерпывающим количеством технических требований. Для выяснения ряда важнейших характеристик системы, таких, как точное 'распределение поля в районе электронной пушки и в других переходных -областях, значение поперечных составляющих поля, необходима значительная и трудоемкая работа с макетами электровакуумного прибора.
Необходимость комплексного подхода к решению конструкции прибора особенно остро возникает при создании приборов, габариты которых ограничены спецификой применения.
Две -взаимновлияющие части прибора—(Магнитная и электровакуумная—должны разрабатываться так, чтобы один узел обусловливал конструкцию другого.
Инженеру, посвятившему себя проектированию магнитных сис-• тем электровакуумных приборов, нужно быть -подготовленным не только в области магнитологии и материаловедения, но и в области радиоэлектроники.
Уникальность -конструкции магнитных систем отдельных ОВЧ приборов, совмещение -в одной конструкции магнитной и вакуумной частей осложняют классификацию магнитных систем для электровакуумных приборов.
В дальнейшем изложении магнитные системы подразделены по их функциональной принадлежности на системы для фокусировки, а точнее, для формирования и стабилизации протяженных электронных потоков о СВЧ приборах типа О, и на системы для приборов типа М, работающих в -скрещенных электрическом и магнитном полях.
Фокусирующие системы, в -свою очередь, подразделены на магнитные линзы, периодические фокусирующие системы, поле которых меняется в пространстве вдоль оси, и на системы с однородным магнитным полем.
Системы для приборов типа М, исходя на общности методов -проектирования и изготовления, намагничивания и контроля, -подразделены на системы на основе стержневых, рогообразных (сюда отнесены и тороидальные), подковообразных магнитов.
Численные значения магнитных величин в настоящей '-книге даны в единицах международной системы СИ. Однако для придания привычного вида части уравнений они приведены в системе СГСМ (§ 2.3; 4.2; 5.3; 5.4; 6.2); у некоторых численных величин рядом в скобках указано также их значение в системе СГСМ.
Автор считает долгом выразить благодарность профессору Н. Н. Разумовскому, инженерам А. Н. Гербергу и В. В. Зорину за конструктивную критику рукописи книги и полезные замечания.
Кроме того, автор выражает благодарность канд. техн. наук В. И. Гуртовому за ряд ценных замечаний и за представление материала о расчете поля на оси кольцевых -магнитов и об экранированных и термошунтированных МПФС, А. А. Шекалову за представление ряда иллюстраций,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............ 3
Глава первая. Требования к конструкции и выбор материалов для магнитной системы ... 7
1.1. Требования к конструкции и технологии изготовления магнитной системы........ 7
1.2. Материалы для магнитных систем электровакуумных приборов .......... 9
1.3. Основные элементы и особенности технологии магнитов, их учет при проектировании магнитных систем ............18
1.4. Соединение магнитов, магнитопроводов, экранов и внешней арматуры между собой и с электровакуумными приборами........26
Глава вторая. Методы расчета магнитных систем . . 30
2.1. Метод отношений......... 32
2.2. Метод последовательного интегрирования ... 35
2.3. Применение теории размагничивающего фактора
к расчету постоянных магнитов.....38
2.4. Применение электрической аналогии при проектировании постоянных магнитов.....42
2.5. Критерии оценки оптимальности магнитной системы 45 Глава третья. Стабильность и качество магнитных полей,
создаваемых постоянными магнитами . 49
3.1. Взаимосвязь надежности и долговечности электровакуумного прибора с параметрами постоянного магнита............49
3.2. Стабильность изделий из различных магнитнотвер-
дых материалов..........50
3.3. Намагничивание, размагничивание и стабилизация магнитных систем.........54
3.4. Термокомпенсация обратимых изменений индукции магнитных систем.........58
3.5. Экранирование магнитных систем и пакетированных
в них приборов.......... 60
Глава четвертая. Магнитные линзы..... 64,
4.1. Конструкции магнитных линз...... 64
4.2. Расчет магнитостатических линз..... 69
Глава пятая. Магнитные фокусирующие системы с однородным полем........ 81
5.1. Конструкции магнитных фокусирующих систем
с однородным полем.........81
5.2. Элементы, улучшающие однородность магнитного поля фокусирующих систем.......90
5.3. Выбор геометрии магнитов для фокусирующих систем с однородным полем .......98
5.4. Расчет распределения магнитного поля на оси фокусирующих систем.........102
Глава шестая. Магнитные периодические фокусирующие
системы (МЛФС)......103
6.1. Конструкции и технология изготовления многопе-риодных МПФС.........104
6.2. Расчет МПФС..........117
6.3. Термостабилизация МПФС, изготовленных из маг-нитнотвердых ферритов . . . . . . . 122
6.4. Магнитные фокусирующие системы с ptz^- -чным полем (РФС) ..........127
6.5. Особенности проектирования фокусирующих систем
для электровакуумных СВЧ приборов .... 129 Глава седьмая. Системы на постоянных магнитах для
СВЧ приборов типа М .... 138
7.1. Магнитные системы на стержневых магнитах . . 138
7.2. Конструкции магнитных систем с магнитами рого-образной формы.........145
7.3. Частные методики расчета рогообразных магнитов 146
7.4. Конструкции магнитных систем с подковообразными магнитами..........148
7.5. Частные методики расчета подковообразных магнитов .............151
7.6. Термостабилизация магнитных систем электровакуумных приборов типа М......154
7.7. Магнитные системы из материалов с различными гистерезисными циклами........156
Заключение.............160
Приложения . . . . '.........161
Л и т-ер а ту р а.............176
Цена: 100руб.
