В статье рассматривается вопрос размещения и влияния корректирующих шунтов на поперечную составляющую магнитного поля МПФС. Проведен ряд экспериментов, дана оценка степени изменения магнитного поля в зависимости от выбора металлического или магнитного шунта.
Ключевые слова:магнитное поле, магнитная периодическая фокусирующая система, магнитная индукция, юстирование.
При корректировке структуры магнитного поля магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС) лампы бегущей волны (ЛБВ) в ходе операции юстирования в качестве элементов подстройки выбираются подстраивающие шунты, которые также называют пиявками. Корректирующими шунтами могут быть как кусочки постоянных магнитов, так и кусочки металла. Как было показано в [1], использование внешних магнитов действительно способно изменить структуру внутреннего магнитного поля, при этом, однако, имеется степень неопределенности в выборе формы и размеров корректирующего элемента, поскольку результирующее магнитное поле является суперпозицией магнитных полей фокусирующей системы и магнитного шунта. Аналитическое описание результата воздействия магнитного шунта в данном случае не имеет смысла, поскольку для каждого участка МПФС воздействие подбирается экспериментально, кроме того, величина и структура поля каждого магнитного элемента является функцией его размера, формы, массы используемого материала и степени намагниченности [2, 3]. В случае использования для корректировки магнитного поля металлических элементов ситуация несколько проще, поскольку элемент металла не имеет собственного поля, приближенно можно считать, что корректирующее воздействие является только функцией формы (массы) и типа материала. Выявление зависимости между изменением структуры магнитного поля и массой корректирующего шунта было выбрано в качестве цели данного исследования.
Для корректировки был выбран кольцевой постоянный магнит МПФС, поперечная составляющая магнитного поля которого имеет вид, представленный на рисунке 1. График рисунка 1 представляет азимутальное распределение магнитного поля. Из рисунка видно, что максимальное значение поперечной составляющей вектора магнитной индукции приходится на угол поворота 255º. Попробуем скорректировать пик магнитного поля, разместив пиявку снаружи магнитной системы. В качестве пиявок выбран набор металлических элементов цилиндрической формы диаметром 9 мм. Перед креплением шунта на магнитную систему произведен замер его массы. Вторым этапом эксперимента стало использование в качестве пиявок магнитных шунтов, которые представляют собой кусочки отколотых постоянных магнитов.
Рис. 1. Азимутальное распределение магнитного поля постоянного кольцевого магнита МПФС
В таблице 1 представлена выборка наиболее характерных результатов эксперимента. В первой строке определены параметры используемой пиявки, во второй — результат корректирующего воздействия.
Таблица 1
|
Параметры корректирующего элемента |
Шунт отсутствует |
Металлический шунт, масса 1,4 грамм |
Металлический шунт, масса 2,5 грамм |
Металлический шунт, масса 4 грамм |
Магнитный шунт, масса 1,2 грамма |
Магнитный шунт, масса 3 грамма |
Магнитный шунт, масса 5,2 грамма |
Магнитный шунт, масса 7 грамм |
|
Значение поперечной составляющей вектора магнитной индукции, мТл |
19,14 |
17,44 |
17,39 |
17,37 |
17,59 |
17,5 |
16,85 |
16,49 |
В результате эксперимента было обнаружено, что влияние на магнитное поле металлического элемента практически не зависит от его массы. Помимо результатов, приведенных в таблице 1, было выполнено крепление металлических шунтов на 3,2, 5, 6,1, 8 грамм, уровень магнитного поля остался при этом на уровне 17,3–17,4 мТл. Магнитные шунты оказывают более ощутимое влияние на структуру поля. При увеличении массы магнитного шунта до 7 грамм наблюдается уменьшение магнитного поля до 16,49 мТл. Сложность использования магнитных шунтов состоит в том, что трудно выполнить их крепление на стыке магнитов, а также контролировать их форму и массу.
Графический вид зависимости величины магнитного поля от массы корректирующего шунта представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Изменение поперечной составляющей магнитного поля при креплении корректирующих шунтов
Использование металлических и, особенно, магнитных шунтов действительно позволяет выполнить корректировку магнитного поля, однако, даже понимая степень влияния при креплении пиявки дать количественную оценку результату подстройки очень сложно. В ходе эксперимента в качестве контролируемого параметра пиявок была выбрана их масса. В качестве измеряемого параметра также может служить величина намагниченности или геометрические размеры. В выборе фактора, который играет наибольшую роль, имеется неопределенность.
Приблизительно зная результат корректирующего воздействия проще выполнить подстройку системы. Опираясь на проведенные измерения, выполним подстройку выбранного участка магнитной системы. В результате получим распределение магнитного поля, вид которого представлен на рисунке 3. Величина |Bк| — значение поперечной составляющей вектора магнитной индукции в результате корректировки. Из рисунка 3 виден характер изменения распределения магнитного поля при креплении пиявки. Поперечная составляющая изменяется для всего магнита, а не для выбранного участка. Корректировка в данном случае производилась набором магнитных шунтов общей массой 15 грамм, которые располагались в области пика магнитного поля.
Рис. 3. Азимутальное распределение магнитного поля при наличии корректирующего воздействия магнитного шунта
Знание зависимости влияния корректирующей пиявки на величину магнитного поля может уменьшить время настройки магнитной системы, что справедливо, однако, только при малых вариациях магнитных полей [4, 5]. Однако такую зависимость можно установить весьма условно, поскольку на результат оказывает большой набор факторов. Применение металлических шунтов возможно только для точной подстройки магнитной системы, существенной корректировки можно добить только с применением магнитных пиявок. Подбор соответствующих шунтов индивидуален для каждого образца магнитной системы, операция носит ручной, экспериментальный характер. Следует уделить больше внимания стадии производства постоянных магнитов, чтобы либо исключить, либо максимально уменьшить необходимость корректировки поля МПФС.
Литература:
1. Изменение структуры магнитного поля МПФС ЛБВ посредством внешнего корректирующего воздействия / Е. А. Емельянов, А. А. Захаров // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», № 3, 2014.
2. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты. Учебное пособие для студентов вузов. / А. Г. Сливинская. — М.: Энергия, 1972, 248 с.
3. Гилмор А. С. Лампа с бегущей волной. Москва: Техносфера, 2013. — 616с.
4. Пчельников Ю. Н. Электроника сверхвысоких частот. / Ю. Н. Пчельников, В. Т. Свиридов — М.: Радио и связь, 1981.
5. Рычков Ю. М. Электронные приборы сверхвысоких частот. Учеб. Пособие / Ю. М. Рычков. — Городно: ГрГу, 2002.
