МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ МАГНЕТРОНЫ С ХОЛОДНЫМ ВТОРИЧНОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ: В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ, БУДУЩЕМ – ЧАСТЬ 2

January 26, 2013 by admin Комментировать »

около a{tq –           .

Из соотношения (1) видно, что наиболее простой способ увеличения тока можно реализовать путем повышения коэффициента ВЭЭ материала эмиттера ВЭК. Однако материалы с высоким коэффициентом ВЭЭ, работающие длительное время стабильно в пространстве взаимодействия магнетрона, пока не созданы. Поэтому в описанных в данной статье импульсных магнетронах МДВ с холодными ВЭК в качестве ВЭЭ применены чистые металлы, в частности, платина. По комплексу технологических и физических свойств платина является наиболее подходящим металлом для ВЭК магнетронов МДВ.

Стабильность коэффициента ВЭЭ чистых металлов и небольшая мощность подогрева бокового ДТК при интенсивном охлаждении электродов позволяют изменять в больших пределах режимы работы магнетрона по энергетическим и временным параметрам. При этом в ряде применений не требуется подстройка напряжения накала бокового катода. Это дает возможность работать в импульсном режиме с переменным коэффициентом заполнения.

Весьма важным является вопрос о влиянии эмиссионной способности ВЭК на выходные характеристики магнетрона, в частности на КПД. Известно, что состояние объемного заряда в пространстве взаимодействия магнетрона во многом определяется эмиссионной способностью ВЭК. В свою очередь состояние объемного заряда очень сильно влияет на эффективность процесса взаимодействия электронного потока с высокочастотным полем. Анализ результатов многолетних исследований импульсных магнетронов на пространственных гармониках МДВ с холодными ВЭК из чистой платины, выполненных в ИРЭ НАНУ, позволяет сделать вывод о том, что их максимальные КПД не меньше КПД магнетронов с термоэлектронными катодами, например, импрегни- рованными или Ζ-катодами.

2.2.1.          Способы возбуждения вторичной электронной эмиссии в магнетронах с холодным катодом.

В отечественной литературе процесс возбуждения магнетронов током эмиссии с холодного ВЭК называют «запуском», в зарубежной -«поджигом». Реализован ряд способов запуска магнетронов с холодным ВЭК. В одном способе применяют запуск с помощью тока с ДТК. Существует ряд технических решений, защищенных патентами, в которых описаны типы дополнительных катодов и их расположение относительно холодного ВЭК. Например, в экспериментальных и серийных образцах МБК МДВ рабочий ток генератора получают путем возбуждения вторич- но-электронной эмиссии с холодного ВЭК с помощью потока первичных электронов с термоэлектронного катода, который расположен на месте торцевого экрана анодного блока или с помощью торцевой электронной пушки [5-8, 12-16, 20-29].

Запуск процесса вторично-электронной эмиссии с холодного ВЭК с помощью тока с дополнительного полевого (автоэмиссионного) эмиттера (ПЭ) осуществлен, в том числе, в промышленных (серийных) магнетронах [30-37].

Рис. 3. Зависимость запаздывания t в не момента появления анодного тока от величины тока 1бк ДТК при магнитном поле В=500 мТл и различных амплитудах импульса анодного напряжения Ug.

При синхронизации магнетронов с холодным ВЭК внешним сигналом вторично-электронную эмиссию возбуждают высокочастотным электромагнитным полем [17]. Такой же способ возбуждения вторичноэлектронной эмиссии применяют в микроволновых усилителях М-типа с распределенной эмиссией с холодного ВЭК [44].

Экспериментально исследован способ возбуждения в магнетронах вторично-электронной эмиссии с холодных ВЭК на спаде импульса анодного напряжения [18,19, 45-46].

Предложен также ряд других способов запуска на основе использования газового разряда [43], фотоэлектронной эмиссии, β-радиоактивности, полупроводниковых катодов. Большинство из них не дали удовлетворительных результатов даже на стадии экспериментальной проверки.

Динамика процессов бомбардировки основного холодного ВЭК первичными электронами в скрещенных полях, вторично-электронного размножения и образования пространственного заряда недостаточно изучены. В настоящее время проводятся исследования упомянутых процессов применительно к МПВ МДВ, преимущественно методами компьютерного моделирования [33-35, 47-50].

Fig. 3. Dependence of deiay t in ns of an anode current the occurrence moment of from current vaiue iinp LTC at a magnetic fieid 8=500 mT and various ampiitudes of an anode voitage puise Ug

2.2.2.          Возбуждение вторично-электронной эмиссии посредством первичных электронов с ДТК.

Этот способ возбуждения вторично-электронной эмиссии (ВЭЭ) с холодного катода предложен в средине 1940-х гг. независимо в США в лабораториях фирмы Белл [11] и в Украине в УФТИ-ХФТИ Вигдор- чиком И. М. [12].

Малые размеры ДТК и небольшая мощность его накала способствуют повышению общего КПД магнетрона, уменьшению времени готовности его к работе, а также уменьшению веса и габаритов накального трансформатора.

При работе МПВ с холодным ВЭК в импульсном режиме необходимо в начале каждого импульса анодного напряжения создать условия для возбуждения ВЭЭ и нарастания объемного заряда в пространстве взаимодействия магнетрона. Как правило, процесс ВЭЭ в МПВ с ВЭК является самоподдержи- вающимся.

Очень важным, при использовании МПВ с холодным ВЭК в реальных системах, является вопрос о времени запаздывания, т. е. о длительности процесса нарастания анодного тока от уровня тока эмиссии с ДТК до уровня рабочего тока. В процессе экспериментальных исследований установлено, что величина тока ДТК, необходимая для возбуждения ВЭЭ с основного катода, зависит от ряда параметров. В частности, от величины крутизны фронта и амплитуды импульса анодного напряжения и магнитного поля, конфигурации пространства взаимодействия и др. При величине инжектированного с ДТК тока, составляющей 1-2 % от величины рабочего тока МПВ, обеспечивается надежный запуск процесса автоколебаний. При этом возбуждение вторичной эмиссии происходит, как правило, уже на фронте импульса напряжения, если крутизна его составляет примерно 300 кВ/мкс. Дальнейшее увеличение крутизны приводит к значительному увеличению инжектированного тока и, в конечном итоге, к сокращению срока службы ДТК.

В отличие от МПВ с термокатодом в пространстве взаимодействия в МБК процесс образования пространственного заряда в начальной стадии локализован у одной из осевых границ пространства взаимодействия. Оценки показывают, что при наличии у поверхности катода продольной составляющей электрического поля заполнение пространства взаимодействия электронами происходит за время -10 ”° с. Наличие радиальной составляющей магнитного поля в области катода также способствует перемещению электронов вдоль оси пространства взаимодействия.

На рис. 3 приведены зависимости запаздывания момента появления вторичноэмиссионного тока от величины тока с ДТК. Видно, что запуск МБК становится возможным уже при величинах токах меньших 10 мА, что составляет примерно 10′ ® величины рабочего анодного тока. Приведенные на рис.З значения запаздывания отсчитывались от момента начала нарастания анодного напряжения. Длительность фронта импульса анодного напряжения в этом случае составляла около 40-50 не в зависимости от амплитуды. Из рисунка видно, что при токе ДТК около 100 мА, что составляет примерно 1 % рабочего тока, ВЭЭ появляется на фронте импульса анодного напряжения. Дальнейшее увеличение тока первичных электронов приводит лишь к незначительному уменьшению запаздывания.

Таким образом, если необходимо генерировать не очень короткие импульсы, то МПВ с холодным ВЭК, рабочий ток которого получают с помощью ДТК, и МПВ с термокатодом как генераторы фактически не отличаются.

2.3.          Возбуждение вторичной эмиссии при помощи полевых эмиттеров.

Этот способ возбуждения ВЭЭ с холодного ВЭК в магнетронах предложен М. Ф. Копыловым, Б. В. Бондаренко, В. Н. Маховым, В. А. Назаровым [30] в Российской Федерации и реализован Копыловым М. Ф. в серийных магнетронах сантиметрового диапазона волн в конце 1970-х годов [31]. Основной причиной нестабильности ПЭ является распыление их вещества, вследствие ионной бомбардировки эмитирующих участков поверхности.

Анализ результатов применения источников первичных электронов в виде ПЭ на основе металлических пленок толщиной 1-10 мкм в магнетронах с холодным ВЭК показал, что причиной ненадежного запуска магнетронов, наличия пропуска импульсов является недостаточная устойчивость пленок ПЭ к действию пондермоторных сил, сильная электроэрозия пленок. Они вступают над поверхностью ВЭК на высоту до 20 % межэлектродного расстояния, под действием заряженных частиц, перемещающихся к концевым областям холодного ВЭК.

Рис. 4. а) Схематическое изображение элементов и узла холодного ВЭК магнетрона [26]: 1 – элементы ПЭ; 2 -элементы ВЭК – цилиндрические втулки;

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты