близько a {tq –

Зі співвідношення (1) видно, що найбільш простий спосіб збільшення струму можна реалізувати шляхом підвищення коефіцієнта ВЕЕ матеріалу емітера ВЕК Однак матеріали з високим коефіцієнтом ВЕЕ, що працюють тривалий час стабільно в просторі взаємодії магнетрона, поки не створені Тому в описаних в даній статті імпульсних магнетронах МДВ з холодними ВЕК в якості ВЕЕ застосовані чисті метали, зокрема, платина По комплексу технологічних і фізичних властивостей платина є найбільш підходящим металом для ВЕК магнетронов МДВ

Стабільність коефіцієнта ВЕЕ чистих металів і невелика потужність підігріву бокового ДТК при інтенсивному охолодженні електродів дозволяють змінювати у великих межах режими роботи магнетрона з енергетичних і тимчасовим параметрам При цьому в ряді застосувань не потрібно підстроювання напруги напруження бокового катода Це дає можливість працювати в імпульсному режимі з змінним коефіцієнтом заповнення

Дуже важливим є питання про вплив емісійної здатності ВЕК на вихідні характеристики магнетрона, зокрема на ККД Відомо, що стан обємного заряду в просторі взаємодії магнетрона в чому визначається емісійною здатністю ВЕК У свою чергу стан обємного заряду дуже сильно впливає на ефективність процесу взаємодії електронного потоку з високочастотним полем Аналіз результатів багаторічних досліджень імпульсних магнетронів на просторових гармоніках МДВ з холодними ВЕК з чистої платини, виконаних в ІРЕ НАНУ, дозволяє зробити висновок про те, що їх максимальні ККД не менше ККД магнетронів з термоелектронного катодами, наприклад, імпрегні-рова або Ζ-катодами

221 Способи збудження вторинної електронної емісії в магнетронах з холодним катодом

У вітчизняній літературі процес порушення магнетронов струмом емісії з холодного ВЕК називають «запуском», в зарубіжній – «підпал» Реалізовано ряд способів запуску магнетронів з холодним ВЕК В одному способі застосовують запуск за допомогою струму з ДТК Існує ряд технічних рішень, захищених патентами, в яких описані типи додаткових катодів і їх розташування відносно холодного ВЕК Наприклад, в експериментальних і серійних зразках МБК МДВ робочий струм генератора отримують шляхом порушення вторинний-но-електронної емісії з холодного ВЕК за допомогою потоку первинних електронів з термоелектронного катода, який розташований на місці торцевого екрана анодного блоку або за допомогою торцевої електронної гармати [5-8, 12-16, 20-29]

Запуск процесу вторинно-електронної емісії з холодного ВЕК за допомогою струму з додаткового польового (автоемісійним) емітера (ПЕ) здійснено, в тому числі, в промислових (серійних) магнетронах [30-37]

Рис 3 Залежність запізнювання t в НЕ моменту появи анодного струму від величини струму 1Бк ДТК при магнітному полі В = 500 мТл і різних амплітудах імпульсу анодної напруги Ug

При синхронізації магнетронов з холодним ВЕК зовнішнім сигналом вторинно електронну емісію збуджують високочастотним електромагнітним полем [17] Такий же спосіб порушення вторічноелектронной емісії застосовують в мікрохвильових підсилювачах М-типу з розподіленою емісією з холодного ВЕК [44]

Експериментально досліджений спосіб порушення в магнетронах вторинно-електронної емісії з холодних ВЕК на спаді імпульсу анодної напруги [18,19, 45-46]

Запропоновано також ряд інших способів запуску на основі використання газового розряду [43], фотоелектронної емісії, β-радіоактивності, напівпровідникових катодів Більшість з них не дали задовільних результатів навіть на стадії експериментальної перевірки

Динаміка процесів бомбардування основного холодного ВЕК первинними електронами в схрещених полях, вторинно-електронного розмноження і освіти просторового заряду недостатньо вивчені В даний час проводяться дослідження згаданих процесів стосовно до МПВ МДВ, переважно методами компютерного моделювання [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

222 Збудження вторинно-електронної емісії допомогою первинних електронів з ДТК

Цей спосіб порушення вторинно-електронної емісії (ВЕЕ) з холодного катода запропонований в середині 1940-х рр. незалежно в США в лабораторіях фірми Белл [11] і в Україні в УФТІ-ХФТІ Вігдор замовником І М [12]

Малі розміри ДТК і невелика потужність його напруження сприяють підвищенню загального ККД магнетрона, зменшенню часу готовності його до роботи, а також зменшенню ваги і габаритів накального трансформатора

При роботі МПВ з холодним ВЕК в імпульсному режимі необхідно на початку кожного імпульсу анодної напруги створити умови для порушення ВЕЕ і наростання обємного заряду в просторі взаємодії магнетрона Як правило, процес ВЕЕ в МПВ з ВЕК є самоподдержі вающих

Дуже важливим, при використанні МПВ з холодним ВЕК в реальних системах, є питання про часу запізнювання, тобто про тривалість процесу наростання анодного струму від рівня струму емісії з ДТК до рівня робочого струму У процесі експериментальних досліджень встановлено, що величина струму ДТК, необхідна для порушення ВЕЕ з основного катода, залежить від ряду параметрів Зокрема, від величини крутизни фронту і амплітуди імпульсу анодної напруги і магнітного поля, конфігурації простору взаємодії та ін При величині инжектированного з ДТК струму, складовою 1-2% від величини робочого струму МПВ, забезпечується надійний запуск процесу автоколебаний При цьому збудження вторинної емісії відбувається, як правило, вже на фронті імпульсу напруги, якщо крутизна його становить приблизно 300 кВ / мкс Подальше збільшення крутизни призводить до значного збільшення инжектированного струму і, в кінцевому підсумку, до скорочення терміну служби ДТК

На відміну від МПВ з термокатодом в просторі взаємодії в МБК процес утворення просторового заряду в початковій стадії локалізована в однієї з осьових кордонів простору взаємодії Оцінки показують, що за наявності у поверхні катода поздовжньої складової електричного поля заповнення простору взаємодії електронами відбувається за час -10′ ° с Наявність радіальної складової магнітного поля в області катода також сприяє переміщенню електронів уздовж осі простору взаємодії

На рис 3 наведені залежності запізнювання моменту появи вторічноеміссіонного струму від величини струму з ДТК Видно, що запуск МБК стає можливим вже при величинах токах менших 10 мА, що становить приблизно 10 ® величини робочого анодного струму Наведені на рісЗ значення запізнювання відлічувалися від моменту початку наростання анодного напруги Тривалість фронту імпульсу анодної напруги в цьому випадку становила близько 40-50 не в залежності від амплітуди З малюнка видно, що при струмі ДТК близько 100 мА, що складає приблизно 1% робочого струму, ВЕЕ зявляється на фронті імпульсу анодного напруги Подальше збільшення струму первинних електронів призводить лише до незначного зменшення запізнювання

Таким чином, якщо необхідно генерувати не надто короткі імпульси, то МПВ з холодним ВЕК, робочий струм якого отримують за допомогою ДТК, і МПВ з термокатодом як генератори фактично не відрізняються

23 Збудження вторинної емісії за допомогою польових емітерів

Цей спосіб порушення ВЕЕ з холодного ВЕК в магнетронах запропонований М Ф Копиловим, Б В Бондаренко, В Н Маховим, В А Назаровим [30] в Російській Федерації та реалізований Копиловим М Ф в серійних магнетронах сантиметрового діапазону хвиль в кінці 1970-х років [31] Основною причиною нестабільності ПЕ є розпорошення їх речовини, внаслідок іонної бомбардування емітують ділянок поверхні

Аналіз результатів застосування джерел первинних електронів у вигляді ПЕ на основі металевих плівок товщиною 1-10 мкм в магнетронах з холодним ВЕК показав, що причиною ненадійного запуску магнетронів, наявності пропуску імпульсів є недостатня стійкість плівок ПЕ до дії пондермоторних сил, сильна електроерозія плівок Вони вступають над поверхнею ВЕК на висоту до 20% межелектродного відстані, під дією заряджених частинок, що переміщаються до кінцевим областям холодного ВЕК

Рис 4 а) Схематичне зображення елементів і вузла холодного ВЕК магнетрона [26]: 1 – елементи ПЕ 2-елементи ВЕК – циліндричні втулки

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р