3 – керн катода 4 – екран 5 – технологічний підігрівач б) 1-елемент ПЕ – плоске кільце з периметром у вигляді періодичної структури лез 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

У ІРЕ НАНУ запропоновані, створені і досліджені елементи 1 ПЕ у вигляді пласких кілець з тугоплавких металів, по периметру яких виконана періодична система гострокутних виступів 2

Вершина виступів 2 у вигляді леза, орієнтованого уздовж осі ВЕК (рис4, а), а також холодні катоди, що містять елементи ВЕЕ у вигляді циліндричних втулок 2 ПЕ (рис 4, б) Такі ПЕ стійкіші до дії пондермоторних сил і електроерозіі Вони забезпечують надійний запуск магнетронов трисантиметровим діапазону з холодним ВЕК при струмі первинних електронів не менш 100 мА, амплітуді 6-8 кВ і тривалості імпульсів анодного напруги 50-70 НЕ [32-34]

24 Збудження ВЕЕ ВЧч: ігналом

Суть способу полягає в тому, що подачею ВЧ сигналу в періодичну замедляющую систему анодного блоку приладу М-типу викликають наростання обємного заряду в просторі взаємодії [6,17] Стосовно до МПВ МДВ з холодним ВЕК цей спосіб порушення ВЕЕ недостатньо вивчений Можна допустити, що джерелом первинних електронів в цьому випадку є польова емісія Центрами емісію є мікроострія, зокрема, на поверхні ВЕК

Рис 5 Залежність запізнювання моменту появи анодного струму від потужності вхідного ВЧ сигналу

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

У процесі експериментальних досліджень було встановлено, що при подачі на вхід досліджуваного МПВ з холодним ВЕК ВЧ сигналу, в ньому з деяким запізненням реєструють появу ВЕЕ і збудження режиму автоколебаний [13] Залежність запізнювання від величини потужності вхідного ВЧ сигналу показана на рис5

Великий інтерес представляє спосіб запуску ВЕЕ і генерації в МПВ з холодним ВЕК за допомогою вхідного ВЧ сигналу більш низької частоти, ніж частота вихідного сигналу [17] При цьому спрощується конструкція генераторів, збільшується їх надійність і термін служби, а також є можливість працювати в режимі безмодуляторного харчування

25 Збудження ВЕЕ на спаді імпульсу анодної напруги

Поява струму на спаді імпульсу напруги вперше описав R А White [51-53] Однак йому не вдалося встановити взаємозвязок цих процесів На звязок між появою анодного струму і спадом анодної напруги при вимкненому напруженні катода вперше вказали В М Ломакін і П В Панченко [46] Це явище вони назвали «холодним самозбудженням»

Явище самозбудження МПВ на просторової гармоніці з холодним ВЕК і ДТК в ІРЕ НАНУ на спаді імпульсу анодної напруги вперше спостерігали в 1967р При цьому було встановлено, що момент появи струму запізнюється щодо початку спаду напруги, а середня величина струму при постійній частоті повторення не залежить від тривалості імпульсу:

Ті, мкс

0,05

0,1

0,2

0,5

lacp МКА

32

30

31

32

в роботах [18, 19] представлені результати теоретичних і експериментальних досліджень процесу збудження ВЕЕ на спаді імпульсу анодної напруги, що свідчать про те, що це явище можна використовувати для запуску МПВ МДВ з холодними ВЕК

3 Розробка експериментальних зразків МПВ МДВ з холодним ВЕК

Вдалою виявилися конструкції МПВ з осьовим кріпленням холодного ВЕК, розроблена і реалізована для генерування електромагнітного випромінювання в різних ділянках МДВ В якості емітера холодного ВЕК в них застосована платинова фольга В якості ДТК застосовані як конусні L-катоди, так і імпрегновану катоди у вигляді плоских кілець Кожен ДТК і холодний ВЕК монтують на індивідуальному тримачі і встановлюють співвісно на протилежних торцях анодного блоку магнетрона [6]

31 Могутні імпульсні МБК МДВ

Рис 6 Робочі характеристики МБК на хвилі 6,8 мм

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

M

Puc 7 Залежність максимального ККД від ставлення d / L відстані між анодом і катодом до періоду 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)

У процесі експериментальних досліджень було показано, що МБК МДВ, що працюють в режимі першого негативною просторової гармоніки («харківський режим») [14,16], генерують потужність вихідного сигналу приблизно таку ж, як і аналогічні МПВ МДВ з термоелектронним катодом На рис6 наведені робочі характеристики одного з таких магнетронів При магнітному полі 775 мТл магнетрон забезпечував вихідну потужність 140 кВт з ККД близько 16% У процесі експериментальних досліджень встановлено, що в МПВ МДВ з боковим ДТК збільшувати відношення σ = jr ^ радіусу холодного ВЕК до радіусу анода можна

тільки до деякої величини

На рис7 наведена залежність максимального ККД η від ставлення відстані d між анодом і

катодом до періоду L ЗС При цьому кількість резонаторів ЗС на периметрі отвори анодного блоку dQ = 4,5 мм jV = 16 Магнетрон працював на третьому виді коливаньОптимальне значення

відповідає відомому співвідношенню

При цьому отримані ККД були відносно високими, проте потужність вихідного сигналу не перевищувала 50 кВт

Більш високі рівні вихідної потужності такої

МБК МДВ мав при роботі на вигляді jV / 4 (^ – / 2), однак при цьому ККД не перевищував 20% Більш вдалою виявилася конструкція МБК з тією ж довжиною робочої хвилі, але з анодним блоком, що має разнорезона-уторовану ЗС Геометричні характеристики основних елементів і вузлів цього МБК представлені в {6}

Максимальний ККД разнорезонаторного МБК МДВ в області невеликих анодних струмів становив

36 % При максимальній потужності вихідного сигналу вих = 170 кВт ККД не перевищував 20% Цей магнетрон є одним з найпотужніших малогабаритних генераторів електромагнітного випромінювання 8-міліметрового діапазону хвиль

Результати вивчення характеристик і особливостей конструкцій імпульсних МПВ з ДТК і холодним ВЕК були створені в короткохвильовій частині міліметрового діапазону (λ = 2,2 мм)

Результати фундаментальних досліджень магнетронов МДВ, виконаних в ІРЕ НАНУ І Д трутнів із співробітниками, показали, що при розробці короткохвильових МПВ необхідно збільшувати як число резонаторів періодичної ЗС

анодного блоку, так і ставлення з = jr ^ [4,5]

Ці результати були підтверджені також при експериментальному дослідженні основних характеристик макетів короткохвильових МБК МДВ із збільшеною кількістю резонаторів в ЗС анодного блоку і

збільшеним ставленням [6]

Випробування експериментальних зразків довгохвильової модифікації МБК МДВ показали, що їх конструкції забезпечують генерацію на одному з шести видів коливань залежно від режиму роботи, тобто забезпечують задовільний поділ видів коливань Максимальні значення

потужності i ^ rnax вихідного сигналу МБК з кількістю резонаторів 7V = 32 і ставленням г ^ / гд = 0,78 представлені в табл1, де п-номер

виду коливань λ – довжина робочої хвилі Ua – робоче анодна напруга У – робоча магнітне поле

Таблиця 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

У короткохвильової частини МДВ розроблені і випробувані експериментальні зразки трьох типів МБК з ДТК і основним холодними ВЕК, що працюють на довжинах хвиль 4,1 3,1 і 2,2 мм У табл2 наведені основні параметри елементів конструкції цих магнетронов

Таблиця 2

Table 2

Я, мм

N

cIq, мм

d, мм

з

, Мм

Г, мм

л

41

20

364

502

4

022

31

24

33

17

31

017

22

28

26

14

22

01

На рис 8 показана робоча характеристика імпульсного магнетрона четирехмілліметрового діапазону, що працює на коливаннях ^ / 2-виду Генератор працював з невеликим ККД, а його ГМТ значно відрізнялася від розрахункової кордону Це обумовлено, ймовірно, технологічної децентровкой ВЕК в просторі взаємодії, оскільки магнетрон мав радіальне кріплення катода без можливості його юстування в працюючому генераторі У звязку з цим була розроблена і створена конструкція магнетрона з довжиною робочої хвилі λ = 2,2 мм і осьовим кріпленням катодних ніжок Таке кріплення дозволяє здійснювати юстировку катода в процесі роботи магнетрона Розроблений МБК з довжиною робочої хвилі λ = 2,2 мм мав

діаметр катода = 1,4 мм і генерував вихідну потужність Р вих = ^ ^> ^ Вт при ККД 77тах = 7%, робочому напрузі Uq = 12-13 кВ і робочому струмі Iq = 10 – 12 А

Експериментальний зразок імпульсного МБК на просторової гармоніці з довжиною робочої хвилі λ = Комерсант, \ мм був розроблений в ІРЕ НАНУ в 1983 році Вихідна потужність цього магнетрона з анодним напругою Uq близько 15 кВ досягала

Pgbix = 10 роботі на коливаннях N/4-1віда і Ρβΐ, ιχ = 25 кВт на коливаннях jV/4- виду з

анодним напругою близько 18 кВ Середня

потужність вихідного сигналу магнетронов такої конструкції досягала 20 Вт Вихідна потужність імпульсних МПВ з ДТК і основним холодним ВЕК у всьому МДВ, що не менше потужності МПВ з термоелектронним катодом, мають аналогічну геометрію простору взаємодії

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