Fig 17 Spectra of а target signal magnetrons at work in a usual mode and in a mode of automatic stabilization of a working point

Ha рис 17 верхня спектрограмма є типовою для випадку, коли магнетрон працює в звичайному режимі без стабілізації робочої точки Нижня спектрограмма відповідає режиму автоматичної стабілізації робочої точки

Представлені результати свідчать про перспективність описаного вище способу стабілізації вихідних характеристик МПВ МДВ з холодним ВЕК

4 Коаксіальні магнетрони

Дослідження КМ в ІРЕ НАНУ проводяться з 1960-х р [61, 62] Досліджено перші експериментальні зразки КМ міліметрового діапазону хвиль на просторових гармоніках [62] З 1990-х р в ІРЕ НАНУ проводяться дослідження і розробка коаксіальних магнетронов сантиметрового діапазону хвиль з холодним ВЕК [26, 27] Деякі конструкції експериментальних зразків КМ сантиметрового діапазону хвиль, створені при співпраці з розробниками СККБ «Спектр» (м Київ), впроваджені у серійне виробництво на ДП завод «Генератор» [26] (рис 18)

Ρυοΐδ Внеі ^ най вид Ш саптімегг ^ ровоео діапазону хвиль з холодним ВЗК

Fig i δ General view ofX-band coid caWode coaxiai rnagnetron

KM привернули до себе увагу розробників тим, що конструкції їх електродинамічної системи дозволяють застосовувати анодний блок з ЗС, утвореної значною кількістю (більше 40) лопаткових резонаторів, при цьому радіальні розміри простору взаємодії не меншають при вкороченні довжини робочої хвилі Крім того, в КМ основний резонатор, збуджує на коливаннях типу Но11, підвищує стабільність частоти коливань вихідного сигналу

41 Коаксіальні магнетрони на просторової гармоніці міліметрового діапазону хвиль

У розробленій і дослідженою в ІРЕ НАНУ конструкції КМ МДВ з термоелектронним катодом

обєднані позитивні властивості конструкцій і принципів дії КМ і МПВ (КМПВ), що працюють на просторової гармоніці («харківський режим роботи») Режим взаємодії електронного потоку і електромагнітних хвиль МПВ сприяє як збільшення обсягу простору взаємодії в короткохвильовій частині міліметрового діапазону хвиль, так і зменшення робочих магнітного поля і анодного напруги [62]

Особливість КМПВ МДВ на просторової гармоніці полягає в тому, що працювати він може на одному з декількох коливань не Л -виду Як робочий в КМПВ обраний вид з номером 7V / 4,

тут N – число резонаторів У цьому випадку для порушення коаксіального резонатора на хвилі типу Но11 кількість щілин звязку між основним (стабілізуючим) резонатором і резонаторами ЗС анодного блоку має бути рівним або меншим номера робочого виду коливань На рис19 показана резонаторна система КМПВ МДВ, розробленого в ІРЕ НАНУ в 1967-1969 рр.

Рис 19 Резонаторна система КМПВ на просторової гармоніці: 1 – екран 2 – щілини звязку із стабілізуючим резонатором

Fig 19 Resonator system CSWM on a spatial harmonic:

1            – the screen 2 – cracks of connection with the stabilizing resonator

0, Ha фіксованій частоті 44,1 ГГц в одному з експериментальних зразків КМ здійснена генерація випромінювання в інтервалі робочого магнітного поля 0,4552 Тл при імпульсному анодном струмі 10-40 А При магнітному полі 0,51 Т і робочому струмі 35 А КМ генерував імпульсну потужність 40 кВт з ККД 8%

В іншому експериментальному зразку КМ, який працював в околицях частот 45 ГГц, випробувана механічна перебудова частоти в смузі 600 МГц із зміною потужності вихідного сигналу в смузі перебудови менше, ніж у два рази [62] Результати досліджень КМ, що працюють на просторових гармоніках коливань не Л -виду, створили передумови для розробки і створення генераторів з холодним вторічноеміссіонним катодом, як на довгохвильовому, так і на короткохвильовому ділянках міліметрового діапазону хвиль

42 Коаксіальні магнетрони сантиметрового діапазону з холодним катодом

Основні особливості магнетронов з холодним катодом, робочий вторинно-електронний струм з якого отримують за допомогою первинних електронів з польових емітерів, проявляються в конструкції і технології вузла катода, в процесі відкачування і тренування приладів, в критеріях оцінки характеристик емісії, в більш високому технічному ККД, в надійності і великому терміні служби

Відомо, що струм порушення вторинної емісії (струм запуску) в СВЧ генераторах М-типу та магнетронах, зокрема, складає долі і рідко одиниці відсотків величини робочого струму Одним з технологічних критеріїв для магнетрона є величина струму збудження Магнетрон з холодним катодом і струмом запуску, отриманим внаслідок польовий емісії, відрізняється від магнетрона з термоелектронним катодом механізмом формування просторового заряду При однакових анодних напругах і геометрії простору взаємодії величина струму збудження внаслідок польовий емісії менше величини струму збудження внаслідок термоелектронної емісії Тому при порушенні магнетрона струмом польовий емісії необхідно прагнути збільшити робочий струм за рахунок вторинної електронної емісії шляхом підвищення ефективності процесу вторинно-електронного розмноження

Відомо, що збільшення радіусу кривизни циліндричного простору взаємодії магнетрона, сприяє збільшенню ефективності бомбардування катода [33] Внаслідок цього реалізація збудження за рахунок польовий емісії в КМ має високу ймовірність Збудження магнетрона первинними польовими електронами відбувається на передньому фронті кожного імпульсу анодної напруги Час «розмноження» первинних електронів за рахунок польовий емісії виявляється значно меншим, ніж час «розмноження» за рахунок термоелектронної емісії Тому при порівняно невисоких анодних напругах і порушенні КМ внаслідок польовий емісії істотно зменшується ймовірність конкуренції з боку щілинних видів коливань основного (стабілізуючого) резонатора

Створено та передано в серійне виробництво експериментальний зразок КМ трисантиметровим діапазону хвиль, що працює в імпульсному режимі:

г = 70нс, Q = – = ^ ТОВ [26] У ньому застосований метал-τ

лопорістий ВЕК у вигляді набору втулок, між якими розташовані ПЕ у вигляді пласких кілець з тугоплавкого металу, по периметру яких виконана періодична структура гострокутних виступів (рис 4) Для одержання струму запуску шляхом автоелек-тронної емісії з робочих зон гострокутних (лезових) виступів ПЕ на їх вершинах необхідно забезпечити значення напруженості електричного

поля {Е ^ ф) близько 10 ^ В / см Працездатність експериментального зразка КМ забезпечують за рахунок геометрії і матеріалу ПЕ, створених у процесі

досліджень Було досягнуто збільшення Е ^ ф на

вершині лезових виступів до значення -10 ^ В / см, а також пониження роботи виходу ПЕ за допомогою активної речовини ВЕК

Перспективу для застосування має також холодний ВЕК, виконаний за схемою (рис 20) У цій схемі застосований ПЕ подібний катода Спіндта На електроді 1, який ізольований від керна 2 і корпуса магнетрона, розміщені елементи 3 ПЕ у вигляді вістрів (голок) з тугоплавких металів У провідної стінці керна 2 і в шарі 4 ВВЕ над кожним вістрям 3 виконані круглі концентричні отвори Фланці 5, 6 виконують функцію кінцевих екранів [35]

Відзначимо особливості емісії первинних і вторинних електронів за допомогою представлених схем холодних катодів У першій (рис 4) і другий (рис 20) схемах конструкції холодного катода ПЕЕ (автоелек-тронна емісія) реалізується при подачі імпульсів робочої напруги між анодом і катодом і досягненні величини напруженості електричного по

ля на крайках дисків-лез {1-ред) Л (Р В / см Вкажемо причини, що визначають нестабільний запуск процесу генерації електромагнітних коливань магнетроном при використанні холодних катодів, конструкції яких виконані за згаданими схемами (рис 4, рис 20) Відомо, що в схрещеному, статичному електричному і магнітному полях циліндричних магнетронов, що вилетіли з поверхні емітера частинки здійснюють рух по епіциклоїда При цьому частки, що повертаються на поверхню ВЕЕ, бомбардують її з тією енергією, з якою вони покинули цю поверхню Енергія електронів, що залишають поверхню емітера, становить величину:

– для термоелектронних катодів – до 0,5 еВ

– для ВЕК-до 10 еВ

– для ПЕ (автокатодов) – менше 5 еВ

Рис 20 Схема вузла холодного ВЕК магнетрона з острійнимі елементами ПЕ: 1 – ізольований від керна електрод-тримач ПЕ 2 – керн катода

3 – острійние елементи ПЕ 4 – шар ВЕЕ

5, 6 – фланці-екрани

Fig 20 А РЕ eiectrode isoiated from the core

2            – SEE washers 3 – spiiied PEE eiements

4                     – SEE iayer 5,6- fianges-screen

Схема (рис 4) холодного катода забезпечує енергію первинних електронів достатню для запуску процесів вторинно-електронного розмноження за певних умов, зокрема, при подачі анодного напруги у вигляді тандему імпульсів Перший допоміжний імпульс має тривалість в три рази більшу, ніж тривалість наносимо-кундного імпульсу робочої напруги і амплітуду меншу, ніж амплітуда робочої напруги Можна припустити, що в цьому випадку автоемісійні процеси на робочих поверхнях ПЕ забезпечують створення в просторі між анодом і катодом «початковій» щільності просторового заряду, яка запускає процес вторинно-електронного розмноження при спаді допоміжного імпульсу Процес вторинно-електронного розмноження електронів в таких емісійних системах при зростанні щільності просторового заряду до значення близько 15-20% її величини в робочому режимі запускається під дією флуктуацій поля просторового заряду При порушенні автоколебаний – процес вторинно-електронного розмноження лавиноподібно наростає під дією високочастотного поля У конструкції холодного катода (рис 4) елементи 1 ПЕ, розташовані в просторі взаємодії, постійно перебувають під дією електроерозіі, пондермоторних сил Якщо в конструкції холодного катода (рис 4) як ПЕ електронів застосовані суцільні плоскі кільця у вигляді плівки товщиною менше 11 мкм, то їх термін служби істотно скорочується внаслідок електроерозіі під дію потоку електронів «електронної втулки» уздовж осі катода «Прозорі» ПЕ з гострокутними виступами по периметру (рис 4, а) мають підвищену стійкість до електроерозіі і дії пондермоторних сил

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