В работе приведены исследования многовидового взаимодействия в магнетронном генераторе. Эксперименты показали, что в классическом магнетроне возможно возбуждение сразу двух паразитных видов колебаний, время существования которых сравнимо с длительностью импульса основного колебания.
Ключевые слова: магнетрон, спектр генерации, многовидовое взаимодействие, математическая модель, колебания π‑вида
С развитием науки и техники любые приборы и устройства должны совершенствоваться и изменяться для удовлетворения определенных потребностей. В современном мире конструкция магнетронных генераторов реализующего одночастотное взаимодействие достаточно хорошо исследована и не имеет путей к развитию. Очевидным шагом в развитии магнетрона является переход к конструктивным решениям, реализующим многовидовое взаимодействие.
Эксперименты показывают, что в магнетронных генераторах на ряду с основным π-видом колебаний возможно одновременное возбуждение побочного колебания 
вида. [1, 2]. Долгое время такие колебания считались паразитными, однако современные исследования показывают, что влияние высокочастотного побочного сигнала может приводить к ряду эффектов, применение которых в магнетронах способно существенно расширить область применения этих приборов [3]. На ряду с исследованиями, проведенными по двухвидовому взаимодействию, достаточно большой интерес вызывает многовидовое взаимодействие, т. е. одновременное возбуждение сразу трёх видов колебаний.
Для моделирования таких процессов используется преобразованная самосогласованная математическая модель магнетронного генератора, включающая в себя: уравнения движения в скрещенных электрических и магнитных полях; уравнения возбуждения электродинамической системы магнетрона; уравнения, моделирующие термоэлектронную и вторичную эмиссию с катода; уравнение Пуассона, записанное в цилиндрической системе координат, для моделирования поля пространственного заряда.
Взаимодействие видов колебаний моделируется для пространства взаимодействия и электродинамических характеристик магнетронного генератора М-155. Предполагается возможность самовозбуждения сигналов 
вида и 
вида с малой добротностью и частотами 3 ГГц и 2,01 ГГц.
Считается, что возбуждение побочных видов колебаний приводит к нестабильности работы магнетрона. Однако из рисунка 1, приведенного для спектра выходного сигнала 
-вида, видно, что несмотря на наличие двух побочных видов колебаний, -вида генерируется стабильно. Так же влияние колебаний побочного вида приводит к появлению в спектре сигнала π-вида гармоники с частотой 3 ГГц и комбинационной гармоники 5,45 ГГц.
Рис. 1. Спектр выходного сигнала -вида. Колебания основного -вида: норма N =7,010–15 Ф, добротность Q= 90, f=2,45 ГГц
При рассмотрении сперта выходного сигнала 
-вида (рисунок 2), наблюдается присутствие гармоник обоих видов: π-вида и 
-вида.
При этом наблюдается незначительное смещение частоты генерации
-вида, его частота становится равной 2,449ГГц. Комбинационная гармоника образованная путем сложения частот π-вида и 
-вида: 5,449 ГГц, так же остается стабильной на всем спектре генерации выходного сигнала.
Рис. 2. Спектр выходного сигнала 
-вида. Колебания основного 
-вида: норма N =3,010–16 Ф, добротность Q= 11, f=3,00 ГГц
На рисунке 3 представлен спектр выходного сигнала 
-вида. Спектр не стабилен на протяжении всего сигнала и сильно зашумлен, что говорит о слабом возбуждении 
-вида.
Рис. 3. Спектр выходного сигнала 
-вида. Колебания основного 
-вида: норма N =3,010–16 Ф, добротность Q= 5, f=2,01 ГГц
Однако при сравнении результатов трехвидового взаимодействия с двухвидовым, наличие третьего 
вида колебаний дает более стабильную генерацию π-вида и 
-вида.
Эксперименты, проведенные с использованием математической модели магнетронного генератора, показывают, что в классическом магнетроне возможно возбуждение сразу двух паразитных видов колебаний, время существования которых сравнимо с длительностью импульса основного колебания.
При этом энергия второго паразитного 
вида перераспределяется и подпитывает -вид и 
вид, что также дает стабильную генерацию и насыщает спектр комбинационными составляющими.
Литература:
1. Ермолаев А. В. Математическое моделирование процесса конкуренции видов колебаний при возбуждении комбинационных составляющих в спектре генерации магнетрона / А. В. Ермолаев, О. А. Оленникова, И. В. Поляков // Известия ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». Вып. 16: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — № 8 (111), 2013. — C. 10–14.
2. Оленникова О. А. Исследование двухчастотных режимов генерации при взаимодействии видов колебаний в магнетронном генераторе / О. А. Оленникова, И. В. Поляков // Тезисы докладов смотра-конкурса научных, конструкторских и технологических работ студентов Волгоградского гос. технического университета, 14–17 мая 2013 г. / ВолгГТУ, Совет СНТО. — Волгоград, 2013. — C. 7–8.
3. Электронный поток в режиме одновременной генерации сигналов двух видов колебаний = Electron flow in the mode of simultaneous generation of two oscillation modes of signals / А. В. Ермолаев, О. А. Оленникова, А. Г. Шеин, И. В. Поляков // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо 2014): матер. 24-й междунар. Крымской конф., Севастополь (Крым, Россия), 7–13 сент. 2014 г. В 2 т. Т. 1 / Севастопольский нац. техн. ун-т, Крымский науч.-технол. центр им. проф. А. С. Попова [и др.]. — Москва; Киев; Минск; Севастополь, 2014. — C. 203–204.
4. Ермолаев А. В. Численная модель многочастотного взаимодействия в магнетронном генераторе [Текст] / А. В. Ермолаев // Вопросы физической метрологии: Вестник Поволжского отделения Метрологической академии России. — 1999. — Вып. 1. — с. 94–102.
