МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ МАГНЕТРОНЫ С ХОЛОДНЫМ ВТОРИЧНОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ: В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ, БУДУЩЕМ – ЧАСТЬ 4

February 6, 2013 by admin Комментировать »

Токе иип^се, А

Рис. 8. Рабочие характеристики импульсного МБК четырехмиллиметрового диапазона, работающего на колебаниях (π/2) – вида.

Fig. 8. Operation characteristics puise МБК the four – miiiimeter range woriiing on (π/2) – mode osciiiations

В табл.З приведены параметры экспериментальных импульсных МБК МДВ, работающих на колебаниях не Л"-вида. Характеристики представленных базовых конструкций были положены в основу при разработке и создании множества модификаций импульсных МБК, которые работают с воздушным или жидкостным охлаждением, в режиме длинных импульсов [6].

Таблица 3.

Table 3.

Я ,мм

В ,мТ

СП

-^тах’^Вт

^тах

8,2

850

21

40

170

21

6,8

700

24

35

120

17

4,1

810

18,7

23

30

7

3,1

750

18

20

20

10

2,2

700

12,7

11,5

10

7

3.2.             Некоторые особенности работы МПВ МДВ с холодным ВЭК в режиме пространственной гармоники.

Выше указывалось, что в МПВ МДВ с ДТК и основным холодным ВЭК, работающих на третьем виде колебаний была получена мощность не более 50 кВт в 8-миллиметровом диапазоне. На четвертом виде колебаний мощность в некоторых экспериментальных образцах магнетронов достигала 100 кВт, однако КПД не превышал 20 %. Увеличение мощности выходного сигнала при генерации на четвертом виде колебаний обусловлено повышением рабочих напряжений и анодных токов.

В эксперименте показано, что с увеличением крутизны фронта импульса напряжения переход с одного вида колебаний на другой происходит при меньшем рабочем токе МБК МДВ. Процесс формирования фронта импульса напряжения сопровождается появлением выброса (каспа), амплитуда которого зависит от крутизны фронта. На этом выбросе напряжения первым возбуждается четвертый вид колебаний. В табл.4 приведены значения крутизны фронта S, амплитуды выброса AU напряжения и величины тока inepex, при котором ПРОИСХОДИТ переход с третьего на четвертый вид колебаний на плоской части импульса для двух значений рабочего магнитного поля.

Таблица 4. Table 4.

В, мТл

S , кВ/мкс

Δί/,κΒ

^перех

240

0,15

18

580

330

0,2

17

600

0,8

15

288

0,1

14,5

650

400

0,8

11,5

566

1,5

12,5

Согласно табл.4, увеличение амплитуды выброса сопровождается уменьшением максимального анодного тока рабочего вида колебаний на плоской части импульса. Соответственно, уменьшается и выходная мощность. В некоторых случаях уменьшение мощности достигает 30 %. Отсюда вытекает требование тщательного согласования характеристик магнетрона и модулятора.

Выводы, изложенные в [4], о расширении областей генерации по магнитному полю при увеличении диаметра катода, были подтверждены результатами экспериментальных исследований, что дало возможность отодвинуть границы перехода с одного вида на смежный вид в сторону увеличения рабочего тока. Таким образом, расширение областей генерации, которого достигают путем увеличения отношения

с = Гс /гд с соблюдением достаточной равномерности магнитного поля в пространстве взаимодействия и оптимальной крутизны переднего фронта импульса напряжения, обеспечивает эффективную работу магнетрона на пространственной гармонике на выбранном виде колебаний. Об этом свидетельствуют рабочие характеристики МПВ МДВ с ДТК и холодным ВЭК двух- и четырехмиллиметрового диапазонов волн.

Выше было отмечено, что важной для практических применений МПВ МДВ с ДТК и холодным ВЭК является их способность работать при больших уровнях средней мощности. В экспериментальных образцах магнетронов получена средняя мощность Р^р=%ОВт при скважности 285 на волне 8мм. В

табл. 5 представлены характеристики МБК МДВ с холодным ВЭК при изменении скважности. Из табл. 5 видно, что при фиксированной длительности импульса выходные характеристики магнетронов с холодным

ВЭК практически не зависят от скважности _

Таблица 5.

Table 5.

1

Ft

Ua·

кВ

Ια·

А

Рср ’

кВт

^тах ’ %

665

16,5

5

33,6

27

400

16,7

5

53,5

25,6

285

16,7

5

78

26,6

Магнетроны с холодным ВЭК 8-миллиметрового и 3-миллиметрового диапазонов были испытаны с целью определения ресурса работоспособности до отказа. Испытания магнетрона 8-миллиметрового диапазона продолжались 2000 ч, магнетрона 3- миллиметрового диапазона – более 15000 ч.

Время готовности МПВ МДВ с ДТК и основным холодным ВЭК сравнительно невелико. Через 20 – 30 с после включения накала ДТК и подачи импульса анодного напряжения генераторы обеспечивают паспортные характеристики. Величину нестабильности частоты выходного сигнала таких магнетронов от импульса к импульсу измеряли интерферометриче- ским методом. В экспериментальных образцах генераторов 8-миллиметрового диапазона нестабильность частоты составляет примерно 2-10 ®. Дрожание переднего фронта импульса анодного тока и ВЧ импульса не превышало 2-3 не.

3.3.         МБК средней мощности МДВ.

Выше показано, что решение проблемы, связанной с рассеянием мощности обратной бомбардировки катода при работе с повышенным коэффициентом заполнения, может быть успешно реализовано путем применения холодного ВЭК в качестве основного источника рабочего тока МПВ с ДТК. При характерных для магнетронов коротковолновой части МДВ плотностях импульсного рабочего тока ~100А/см^и среднего рабочего тока -100 мА/см^в качестве материала ВЭК может быть применена платина, либо другой чистый металл с достаточно высоким КВЭЭ. Применение чистого металла в качестве материала эмиттера электронов позволяет радикальным образом решить проблему рассеяния ВЭК мощности обратной бомбардировки за счет его эффективного охлаждения. Известно, что срок службы эмиттеров из платины в приборах М-типа может достигать 100000 ч [44].

В результате разработок создано несколько типов МБК, основные параметры которых представлены в табл. 6. В таблице приведены усредненные параметры магнетронов. Во всех конструкциях представленных типов МБК в применены анодные блоки диаметром = 2,6 мм. Магнетроны работают в

режиме взаимодействия электронов с полем первой отрицательной пространственной гармоники вида

N                                             N

колебаний——– 1 или———- 2. Толщина ламели в

4                                               4

периодических ЗС анодных блоков всех представленных в таблице типов МБК равнялась 0,1 мм. Вывод энергии в нагрузку осуществлялся через трансформатор и стандартный волновод (2,4 X 1,2) мм^со слюдяным вакуумным уплотнением.

Таблица 6.

Table 6.

Параметры

Тип магнетрона

1

2

3

4

Число резонаторов

28

24

24

24

Номер вида колебаний

6

4

5

5

Высота анода, мм

2

3

3

3

Диаметр катода, мм

1.55

1.57

1.45

1.52

Анодное на- пряж., кВ

6,5

8.5

9.2

10,5

Ток в имп., А

5

6

8

10

Мощность в имп., кВт

0,4

1.5

1.5

4

Рис. 9. Конструкция узла холодного ВЭК.

Fig. 9. Design of unit cold SEC

Bee МБК средней и малой мощности имеют унифицированную компоновку. Холодный ВЭК и ДТК, установлены каждый на соответствующем торце анодного блока.

Рис. 10. Термоэлектронный катод с танталовым ленточным подогревателем.

Fig. 10. The thermionic cathode with a tantalic tape heater

Конструкция узла холодного ВЭК показана на рис.

9.   Эмиттер ВЭК в виде фольги 1 из чистой платины (Pt) паяют медно-золотым припоем на медный керн

2,   который впаян в трубку 4 из ковара. Для отвода тепла, которое выделяется на ВЭК, служит медный стержень Зс радиатором 5. Такая конструкция узла ВЭК позволяет устранить смещение эмиттера вдоль оси в процессе работы МБК.

ΛΙ2Ο2 , а полость заполняется порошком 4 ^^2^3 ‘ Мощность накала таких катодов составляла около

Рис. 11. ДТК МБК МДВ с молибденовым корпусом и алундовой изоляцией подогревателя.

Fig. 11. LTC LCM MMWR with molybdenum body and Al^O^ isolation of a heater ДТК второго типа (рис. 11) имеют молибденовый корпус 5, в котором установлен эмиттер 1 и вольф- рам-рениевый подогреватель 2. Подогреватель изолирован от корпуса керамической трубкой 3 из

В любом из четырех типов МБК (табл.6) могут быть применены ДТК одного из двух типов. В катодах первого типа (рис. 10) нагрев эмиттера 1, который завальцован в танталовую чашечку 2, осуществляют с помощью ленточного подогревателя 3 из тантала. Подогреватель выполняет также функцию держателя ДТК. Мощность накала катодов этого типа составляет около 4 Вт при использовании эмиттеров из вольфрамовой губки, пропитанной алюминатом бария. Применение осмированных эмиттеров ДТК позволяет уменьшить мощность накала. Однако, как оказалось, небольшая мощность накала и высокий КВВЭ таких катодов влекут за собой неустойчивую работу магнетронов в течение сотен часов и потребность корректировки напряжения накала.

10 Вт. С катодами такого типа магнетроны работали 1000 и более часов без перерыва при неизменном напряжении накала.

Все типы магнетронов (табл.6) имеют принудительное воздушное охлаждение анода и катода. Магнетрон четвертого типа имеет также вариант конструкции с жидкостным охлаждением.

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