МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ МАГНЕТРОНЫ С ХОЛОДНЫМ ВТОРИЧНОЭМИССИОННЫМ КАТОДОМ: В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ, БУДУЩЕМ – ЧАСТЬ 5

February 12, 2013 by admin Комментировать »

Испытания показали, что конструкции магнетронов (табл.6) работают в интервале температур от – 10°С до +55 С и выдерживают однократные удары

50д. Применение сплава SnijCo^ для изготовления

магнитных систем, позволило создать пакетированные с магнитом МБК МДВ массой не более 1,2 кг со средним уровнем выходной импульсной мощности.

МБК первого типа (табл. 6) удобен для применения в бортовых радиоэлектронных системах, так как его вес не превышает 460 г [20, 21]. В передатчике с таким магнетроном для формирования импульсов анодного напряжения может быть применен твердотельный модулятор.

Магнетроны второго типа, работающие на виде

отличались высоким КПД. Однако дрожание

фронта генерируемых ими импульсов достигало иногда 5-6 НС, что совершенно неприемлемо при работе в режиме коротких импульсов

МБК с термоэлектронным катодом первого типа с осмированным боковым термоэлектронным катодом (рис. 10) был испытан на долговечность [58]. Первые 5000 часов магнетрон работал с длительность импульса выходного сигнала 20 не при частоте повторения 20 кГц и анодном напряжении 8260 В. При этом импульсная мощность выходного сигнала составляла около 1300 Вт [22]. После 5000 ч работы длительность импульса увеличили с 20 до 30 не. Кроме того, выходная импульсная мощность выходного сигнала была увеличена примерно до 1,5 кВт путем увеличения анодного напряжения с 8260 до 8460 В. После того как магнетрон отработал в этом режиме 5000 ч, режим работы магнетрона снова изменили. Длительность импульса была увеличена до 40нс, а импульсная выходная мощность до 3 кВт.

Рис. 12. Изменения режима работы магнетрона (тип 2) в течение периода испытаний.

Fig. 12. Changes of an operating mode magnetrons (type 2) during the period of tests Ha рис. 12 показаны изменения режима работы магнетрона (табл. 6, тип 2) в течение всего периода испытаний. Видно, что после того как магнетрон был переведен в режим работы с длительностью импульса 40нс при анодном напряжении 8800В, его выходная мощность начала медленно падать. За время 3800 ч выходная мощность уменьшилась примерно на 25 %. После этого выходную мощность понизили до 2 кВт путем уменьшения анодного напряжения до 8620В для устранения появившихся пропусков импульсов. Появление пропусков импульсов было обусловлено переходом в режим генерации высоковольтного вида колебаний.

После достижения 15000 ч общей наработки испытания были прекращены. Вместе с тем, магнетрон остался вполне работоспособным. Для магнетронов 3-миллиметрового диапазона этот результат является рекордным в мировой практике. Были проведены также испытания магнетрона третьего типа ДТК второго типа без осмирования эмиттера (рис. 11). Этот магнетрон отработал 5000 ч в режиме 20 не, 20 кГц, после чего испытания были прекращены. В течение первых 2500 ч мощность выходного сигнала выросла с 1200 до 2200 Вт и затем оставалась примерно на одном уровне до конца испытаний.

Эти магнетроны были применены в качестве источников электромагнитного излучения передающих устройств ряда разработанных РЛС различного назначения [21, 23, 59-62].

3.4.          Магнетрон с основным ВЭК и боковым инжектором электронов.

Одним из существенных недостатков традиционных генераторных магнетронов является низкая стабильность выходных характеристик. В значительной мере это обусловлено небольшой величиной динамического сопротивления магнетронов. В связи с этим актуальным остаётся поиск эффективных способов стабилизации выходных характеристик МБК с холодным ВЭК.

В ИРЭ НАНУ были предложены, созданы и исследованы магнетроны МДВ с инжекцией рабочего электронного потока в пространство взаимодействия с бокового инжектора в виде магнетронной пушки и эффективной стабилизацией их выходных параметров [16, 17]. При исследовании характеристик таких магнетронов был обнаружен режим работы генератора, позволяющий эффективно стабилизировать его выходные характеристики.

Рис. 13. Схематический разрез магнетрона, работающего на инжектированном потоке электронов и схема его питания.

Fig. 13. Schematic magnetron section wori<ing on the injected eiectron beam and the its feeding circuit

Ha рис. 13 схематически представлен разрез магнетрона и показана схема его питания. Конструкция магнетрона содержит анод 1, основной ВЭК 2, маг- нетронную пушку с анодом 3 и катодом 4. Анодный блок магнетрона с отверстием диаметром t/д =4,5 мм имел длину 6мм вдоль оси. Основной

ВЭК диаметром =2,2 мм представлял собой медный цилиндрический керн, покрытый эмиттером в виде фольги из платины. Фольгу паяли на керн с помощью золото-медного припоя. Магнетрон работал на первой отрицательной гармонике колебаний π/2 – вида в длинноволновой части миллиметрового

диапазона. В приборе применена магнетронная пушка с катодом в виде усеченного конуса, повернутого меньшим основанием к торцу анодного блока. Для уменьшения вторичной эмиссии анод пушки был изготовлен из силицидированного молибдена. Его рабочая поверхность была параллельна рабочей поверхности катода пушки. Отверстие анода пушки имело угол конусности 6° и диаметр на выходе равный диаметру анодного отверстия           =4,5 мм. Lкатод пушки был прямонакальный в виде усеченного конуса с углом конусности 6° и диаметром на выходе равным диаметру основного ВЭК =2,2 мм.

В процессе исследований выявлено протекание значительного тока на анод магнетронной пушки из- за малых значений отношения рабочего магнитного поля к критическому его значению        , необхо

димых для обеспечения взаимодействия электронов с полем пространственной гармоники.

Уменьшения величины тока на анод пушки достигали путем вкпючения в его цепь питания резистора

с величиной сопротивления 1-2 кОм. Необходимо заметить, что как ВЭК в пространстве взаимодействия магнетрона, так и катод магнетронной пушки подвергаются бомбардировке заряженными частицами и эмитируют вторичные электроны. Поэтому плавное изменение величины инжектированного тока путем изменения мощности накала искпючалось.

Рис. 14. Вольтамперные характеристики магнетрона работающего в режиме автоматической стабилизации рабочей точки при различных токах накала катода пушки.

Fig. 14. Voit-ampere magnetrone characteristics wori<ing in a mode of automatic stabiiization of a operation point at various currents of heat of the cathode of a gun

МПВ МДВ с боковым инжектором может работать как при большом инжектируемом токе, так и при малом. При работе магнетрона в режиме большого инжектируемого тока было замечено, что при включении в цепь холодного ВЭК еще одного резистора с величиной сопротивления 3-5 кОм в работе магнетрона появляются новые особенности, ранее не наблюдавшиеся и в литературе не описанные. Вольтамперные характеристики магнетрона при различных значениях (в условных единицах) тока накала бокового катода показаны на рис. 14. Видно, что по мере возрастания напряжения анодный ток быстро растёт, а затем, достигнув максимума, уменьшается до некоторого значения, которое изменяется незначительно. Значение тока в максимуме во всех случаях примерно одинаково.

Рис. 15. Зависимости частоты от напряжения источника питания при R2 = 0 и R2 =10 кОм.

Рис. 17. Спектры выходного сигнала магнетрона при работе в обычном режиме и в режиме автоматической стабилизации рабочей точки.

зации напряжения сети. Улучшение стабильности частоты проявлялось и в значительном улучшении качества спектра.

Fig. 15. Dependences of frequency on a pressure (voltage) of the power supply at ^2 “ ^ R,=lOkQ

Oho определяется наличием вторично-электронного умножения в магнетронной пушке. По мере увеличения напряжения на катоде магнетрона, ток, отдаваемый пушкой, быстро возрастает (левая часть характеристики). Вследствие этого режим вторичноэлектронного умножения в пушке нарушается, и её ток уменьшается до значения тока термоэлектронной эмиссии. Наличие ограничивающего сопротивления Κγ в цепи анода пушки фиксирует её анодное

напряжение на уровне критического, что ограничивает возрастание тока первичных электронов за счет эффекта Шоттки.

На рис. 15 представлены зависимости изменения частоты выходного сигнала магнетрона от изменения напряжения источника питания Верхняя кривая получена при R2 = 0. Видно очень быстрое изменение

частоты. Если же Т?2 — Ю к Ом , то после зоны неустойчивой генерации, лежащей в пределах интервала напряжений модулятора = 11,5-15,5 кВ,

далее вплоть до 22 кВ, частота изменяется не более чем на 10 МГц.

Рис. 16. Изменение частоты выхооного сигнала магнетрона при различных токах накала катода боковой пушки.

Fig. 16. Change of frequency of а target signal магнетрона at various currents of heat of the cathode of a lateral gun

Ha рис. 16 представлено семейство таких же характеристик, снятых при различных токах накала катода пушки инжектора. Поскольку ток магнетронной пушки ограничен температурой катода, а напряжение накала не стабилизировано, то его небольшие изменения приводили к заметным изменениям частоты выходного сигнала в процессе измерений. Вместе с тем долговременная нестабильность частоты (за 1 ч) составляла величину 2 Ю’"^при отсутствии стабили

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