МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ МАГНЕТРОНЫ С ХОЛОДНЫМ ВТОРИЧНОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ: В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ, БУДУЩЕМ – ЧАСТЬ 3

January 25, 2013 by admin Комментировать »

3 – керн катода; 4 – экран; 5 – технологический подогреватель; б) 1-элемент ПЭ – плоское кольцо с периметром в виде периодической структуры лезвий 2.

Fig. 4. а) The scheme of the cold-cathode assembly:

1- blade-shaped FE elements; 2 – SEE washers;

3        – cathode core; 4,6- flanges-screens; 6- heater b) 1 – FE element – flat ring with periodical cusps 2 at the arris

В ИРЭ НАНУ предложены, созданы и исследованы элементы 1 ПЭ в виде плоских колец из тугоплавких металлов, по периметру которых выполнена периодическая система остроугольных выступов 2.

Вершина выступов 2 в виде лезвия, ориентированного вдоль оси ВЭК (рис.4, а), а также холодные катоды, содержащие элементы ВЭЭ в виде цилиндрических втулок 2 ПЭ (рис.4, б). Такие ПЭ более устойчивы к действию пондермоторных сил и электроэрозии. Они обеспечивают надежный запуск магнетронов трехсантиметрового диапазона с холодным ВЭК при токе первичных электронов не меньше 100 мА, амплитуде 6-8 кВ и длительности импульсов анодного напряжения 50-70 не [32-34].

2.4.          Возбуждение ВЭЭ ВЧч:игналом.

Суть способа состоит в том, что подачей ВЧ сигнала в периодическую замедляющую систему анодного блока прибора М-типа вызывают нарастание объемного заряда в пространстве взаимодействия [6,17]. Применительно к МПВ МДВ с холодным ВЭК этот способ возбуждения ВЭЭ недостаточно изучен. Можно допустить, что источником первичных электронов в этом случае является полевая эмиссия. Центрами эмиссии являются микроострия, в частности, на поверхности ВЭК.

Рис. 5. Зависимость запаздывания момента появления анодного тока от мощности входного ВЧ сигнала.

Fig. 5. Dependence of the moment delay of an anode current occurrence of on input HF signal power

В процессе экспериментальных исследований было установлено, что при подаче на вход исследуемого МПВ с холодным ВЭК ВЧ сигнала, в нем с некоторым запаздыванием регистрируют появление ВЭЭ и возбуждение режима автоколебаний [13]. Зависимость запаздывания от величины мощности входного ВЧ сигнала показана на рис.5.

Большой интерес представляет способ запуска ВЭЭ и генерации в МПВ с холодным ВЭК с помощью входного ВЧ сигнала более низкой частоты, чем частота выходного сигнала [17]. При этом упрощается конструкция генераторов, увеличивается их надежность и срок службы, а также имеется возможность работать в режиме безмодуляторного питания.

2.5.          Возбуждение ВЭЭ на спаде импульса анодного напряжения.

Появление тока на спаде импульса напряжения впервые описал R. А. White [51-53]. Однако ему не удалось установить взаимосвязь этих процессов. На связь между появлением анодного тока и спадом анодного напряжения при выключенном накале катода впервые указали В. М Ломакин и П. В. Панченко [46]. Это явление они назвали «холодным самовозбуждением».

Явление самовозбуждения МПВ на пространственной гармонике с холодным ВЭК и ДТК в ИРЭ НАНУ на спаде импульса анодного напряжения впервые наблюдали в 1967г. При этом было установлено, что момент появления тока запаздывает относительно начала спада напряжения, а средняя величина тока при постоянной частоте повторения не зависит от длительности импульса:

Ти, мкс

0,05

0,1

0,2

0,5

lacp . МКА

32

30

31

32

в работах [18, 19] представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса возбуждения ВЭЭ на спаде импульса анодного напряжения, свидетельствующие о том, что это явление можно использовать для запуска МПВ МДВ с холодными ВЭК.

3.           Разработка экспериментальных образцов МПВ МДВ с холодным ВЭК.

Удачной оказались конструкции МПВ с осевым креплением холодного ВЭК, разработанная и реализованная для генерирования электромагнитного излучения в разных участках МДВ. В качестве эмиттера холодного ВЭК в них применена платиновая фольга. В качестве ДТК применены как конусные L- катоды, так и импрегнированные катоды в виде плоских колец. Каждый ДТК и холодный ВЭК монтируют на индивидуальном держателе и устанавливают соосно на противоположных торцах анодного блока магнетрона [6].

3.1.        Мощные импульсные МБК МДВ.

Рис. 6. Рабочие характеристики МБК на волне 6,8 мм.

Fig. 6. LCM performance characteristics on a 6,8 mm wave

M.

Puc. 7. Зависимость максимального КПД от отношения d/L расстояния между анодом и катодом к периоду ЗС.

Fig. 7. Dependence of the maximai efficiency on the reiation d/L of distance between the anode and the cathode by period siow wave structure (SWS)

В процессе экспериментальных исследований было показано, что МБК МДВ, работающие в режиме первой отрицательной пространственной гармоники («харьковский режим») [14,16], генерируют мощность выходного сигнала примерно такую же, как и аналогичные МПВ МДВ с термоэлектронным катодом. На рис.6 приведены рабочие характеристики одного из таких магнетронов. При магнитном поле 775 мТл магнетрон обеспечивал выходную мощность 140 кВт с КПД около 16 %. В процессе экспериментальных исследований установлено, что в МПВ МДВ с боковым ДТК увеличивать отношение σ = jr^ радиуса холодного ВЭК к радиусу анода можно

только до некоторой величины.

На рис.7 приведена зависимость максимального КПД η от отношения расстояния d между анодом и

катодом к периоду L ЗС. При этом количество резонаторов ЗС на периметре отверстия анодного блока dQ =4,5 мм jV = 16. Магнетрон работал на третьем виде колебанийОптимальное   значение

соответствует                известному              соотношению

При этом полученные КПД были относительно высокими, однако мощность выходного сигнала не превышала 50 кВт.

Более высокие уровни выходной мощности такой

МБК МДВ имел при работе на виде jV/4(^-/2) , однако при этом КПД не превышал 20 %. Более удачной оказалась конструкция МБК с той же длиной рабочей волны, но с анодным блоком, имеющим разнорезона- торную ЗС. Геометрические характеристики основных элементов и узлов этого МБК представлены в {6}.

Максимальный КПД разнорезонаторного МБК МДВ в области небольших анодных токов составлял

36  %. При максимальной мощности выходного сигнала Рвых =170 кВт КПД не превышал 20%. Этот магнетрон является одним из самых мощных малогабаритных генераторов электромагнитного излучения 8-миллиметрового диапазона волн.

Результаты изучения характеристик и особенностей конструкций импульсных МПВ с ДТК и холодным ВЭК были созданы в коротковолновой части миллиметрового диапазона (λ =2,2 мм).

Результаты фундаментальных исследований магнетронов МДВ, выполненных в ИРЭ НАНУ И. Д. Трутнем с сотрудниками, показали, что при разработке коротковолновых МПВ необходимо увеличивать как число резонаторов периодической ЗС

анодного блока, так и отношение с = jr^ [4,5].

Эти результаты были подтверждены также при экспериментальном исследовании основных характеристик макетов коротковолновых МБК МДВ с увеличенным количеством резонаторов в ЗС анодного блока и

увеличенным отношением               [6].

Испытания экспериментальных образцов длинноволновой модификации МБК МДВ показали, что их конструкции обеспечивают генерацию на одном из шести видов колебаний в зависимости от режима работы, т. е. обеспечивают удовлетворительное разделение видов колебаний. Максимальные значения

мощности i^rnax выходного сигнала МБК с количеством резонаторов 7V = 32 и отношением г^/гд =0,78 представлены в табл.1, где п- номер

вида колебаний; λ – длина рабочей волны; Ua – рабочее анодное напряжение; В – рабочее магнитное поле.

Таблица 1. Table 1.

п

λ,мм

СП

5,мТ

-^тах’^вт

4

8,8

11,7

510

24,8

5

8,32

13,6

510

66

6

8,03

14,6

510

54

7

7,83

21,7

730

27,9

8

7,63

19,6

650

36

В коротковолновой части МДВ разработаны и испытаны экспериментальные образцы трех типов МБК с ДТК и основным холодными ВЭК, работающие на длинах волн 4,1; 3,1; и 2,2 мм. В табл.2 приведены основные параметры элементов конструкции этих магнетронов.

Таблица 2.

Table 2.

Я ,мм

N

cIq , мм

d ,мм

с

,мм

Г , мм

л

4.1

20

3.64

5.02

4

0.22

3.1

24

3.3

1.7

3.1

0.17

2.2

28

2.6

1.4

2.2

0.1

На рис. 8 показана рабочая характеристика импульсного магнетрона четырехмиллиметрового диапазона, работающего на колебаниях ^/2-вида. Генератор работал с небольшим КПД, а его ГМТ значительно отличалась от расчетной границы. Это обусловлено, вероятно, технологической децентровкой ВЭК в пространстве взаимодействия, поскольку магнетрон имел радиальное крепление катода без возможности его юстировки в работающем генераторе. В связи с этим была разработана и создана конструкция магнетрона с длиной рабочей волны λ = 2,2 мм и осевым креплением катодных ножек. Такое крепление позволяет осуществлять юстировку катода в процессе работы магнетрона. Разработанный МБК с длиной рабочей волны λ = 2,2 мм имел

диаметр катода = 1,4 мм и генерировал выходную мощность Рвых=^^ >^Вт при КПД 77тах ="7%, рабочем напряжении Uq =12-13 кВ и рабочем токе Iq = 10 – 12 А.

Экспериментальный образец импульсного МБК на пространственной гармонике с длиной рабочей волны λ = Ъ,\мм был разработан в ИРЭ НАНУ в 1983 году. Выходная мощность этого магнетрона с анодным напряжением Uq около 15 кВ достигала

Pgbix =10               работе на колебаниях N/4-1вида и Ρβΐ,ιχ =25 кВт на колебаниях jV/4- вида с

анодным напряжением около 18 кВ. Средняя

мощность выходного сигнала магнетронов такой конструкции достигала 20 Вт. Выходная мощность импульсных МПВ с ДТК и основным холодным ВЭК во всем МДВ, не меньше мощности МПВ с термоэлектронным катодом, имеющих аналогичную геометрию пространства взаимодействия.

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