книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот
..pdfно затрудняет анализ ‘процессов при искрениях, поэто му целесообразнее применение схемы с автоматическим срабатыванием фотокамеры от каждого искрящего импульса магнетрона. Для реализации такой схемы в цепь ВЧ импульсов и анодного тока необходимо вклю чение линий задержки, компенсирующих инерционность механизма открытия затвора фотокамеры.
В тех случаях, когда линии задержки вызывают искажения формы импульсов, использовался способ фо тографирования однократных импульсов при наличии искрений, отмечаемых по осциллографу.
Все указанные методы в той или иной мере исполь зовались при проведении экспериментов по выявлению закономерностей интенсивности искрений от режима ра боты магнетронов и изучению характера генерируемых колебаний в магнетроне в момент искрений. Эти экспе рименты проводились на магнетронах сантиметрового диапазона волн, рассчитанных на малые и средние уров ни мощности (10—250 кет в импульсе) и имеющих ок сидные опрессовашные катоды.
Анализ показал, что одной из главных характери стик импульсных магнетронов в отношении устойчиво сти к искрениям является зависимость амплитуды тока искрения * от длительности импульса, снимаемого при согласованной нагрузке в допустимом температурном режиме. Одна из подобных зависимостей приведена на рис. 3.25. Из этой кривой может быть определен коэф фициент запаса магнетрона, используемого в аппаратуре, по устойчивости к искрениям при различных длительно стях импульсов, как величина
|
д - _ _ |
^а пред, псир |
|
|
|
|
|
|
Л» раб |
|
|
При К= 1 |
магнетрон |
в |
типовом режиме |
использо |
|
вать нельзя |
и следует |
рекомендовать |
использование |
||
прибора при |
пониженных |
мощностях. |
Использование |
||
магнетрона можно считать правильным, |
если К > |
||||
>1,2-5-1,3. |
|
|
|
|
|
* П од током |
искрения .понимается амплитуда анодного тока, |
||||
при которой начинаются -искрешя |
(более 3—5 искр)сек). |
|
142
Рассмотрим, как ведет себя магнетрон в отношении иокрений в различных режимах в течение срока службы и каковы физические причины искрений.
Для нормально разогретого катода и предварительно оттренированного магнетрона в первые моменты после включения высокого анодного напряжения имеют место искрения, продолжающиеся 30—150 сек (рис. 3.26,а и б), и далее устанавливается режим с весьма редкими ис крениями.
Рис. 3.25. Зависимость тока искрения от
длительности импульсов для |
магнетронов |
с опрессоваиным оксидным |
катодом. |
Для некондиционных магнетронов по устойчивости к искрениям интенсивные искрения могут продолжаться 3—5 мин и более, а в 'некоторых случаях — непрерывно вплоть до выхода из строя (рис- 3.26,а).
В тех случаях, когда катод магнетрона недостаточно разогрет, до появления анодного тока могут иметь место искрения (рис. 3.27).
О характере искрений магнетронов при различной ве личине анодного тока можно судить по записи среднего анодного тока магнетрона с помощью самописца, при веденной на рис. 3.28. Из этой записи видно, что повы шение анодного тока на 10—15% от номинального^зна чения приводит к появлению интенсивных искрений.
.143
Как указывалось выше, -на устойчивость работы и срок службы магнетрона большое влияние оказывает температура катода. Действительно как высокая, так и пониженная температура катода по сравнению с номи-
Ряс. 3.26. Осциллограммы среднего анодного тока магне тронов после включения высокого анодного напряжения:
а, б и а — соответственно хороший, удовлетворительный и плохой магнетроны в отношении устойчивости к искрениям.
нальной является причиной увеличения интенсивности искрений (рис. 3.29).
Опыт показал, что имеется сильная зависимость ин тенсивности искрений от крутизны модулирующего им
пульса На рис. 3.30 приведены кривые зависимо
сти интенсивности искрений от величины анодного тока при различных значениях крутизны фронта импульса
144
и
модулирующего напряжения. Кривые сняты с помощью счетчика искрений.
Из этих кривых видно, что интенсивность искрений резко растет при некотором значении анодного тока и
имеется оптимальное значение величины ^ ПрИ кото
ром имеет место наибольшая устойчивость к искрениям.
гт
- |
i |
L |
t |
|
|
|
|
- |
' |
“ |
С |
Рис. 3.28. Характер изменения среднего анодного тока магнетрона во времени при различной величине амплитуды импульса тока (на блюдающиеся медленные периодические изменения ореднего анодного тока связаны с нестабильностью напряжения питающей сети).
10— 124 И5
Рис. 3.29. Осциллограмма записи среднего анодного тока магнетрона при номинальной (1175° К), пониженной (1055° К) и повышенной (1275° К) температуре катода (получено путем изменения
напряжения накала).
На рис. 3.31 показана экспериментальная зависимость тока искрения от крутизны фронта импульса модулирую щего напряжения, снятая на нескольких экземплярах ма гнетронов. По оси ординат отложена величина тока ис крения (при 5 искр/сек), а по оси абсцисс — крутизна фронта импульса напряжения.
Из кривых на рис. 3.31 видно, что для данного типа магнетрона имеется неширокая область оптимальной крутизны фронта импульса напряжения, которой сле-
Рнс. 3.30. Кривые зависимости интенсивности
искрений от величины анодного тока при различ ных значениях S=dU/dx.
дует придерживаться в процессе эксплуатации магне тронов (конечно, для каждого типа магнетрона имеется
д и , \ ■
свое значение -^ = = А 0ПТ1.
Характер колебания каждого импульса в отдельно-, сти в моменты искрений или последующих импульсов после искрений, может быть изучен по форме импульса анодного тока и огибающей ВЧ импульса. Ряд осцилло грамм этих импульсов показан на рис. 3.32 (см. иллюстр.)..
Анализ этих осциллограмм и дополнительные изме рения позволяют сделать следующие выводы:
— наиболее часто искрения происходят в конце им пульса, что, по-видимому, следует отнести за счет, про цессов развития пробоя и повышения температуры от дельных (локальных) участков катода в течение им-, пульса; длительность искрений иногда имеет очень ма лую продолжительность, составляющую 0,1—0,01 мксек;
10* |
147 |
— в отдельных случаях наблюдаются перескоки и сдвиги видов колебаний, сопровождающиеся реакцией на модулятор и последующим расширением импульса и
пропаданием генерации на основной частоте; |
в тече |
|
— для отдельных магнетронов наблюдаются |
||
ние импульса большие паразитные излучения |
(за |
счет |
осцилляций хаотического характера); измерения с |
по- |
1а,л
Рис. 3.31. Область изменения тока искрения от изменения крутизны фронта импульса модули рующего напряжения для различных экземпляров
магнетронов одного типа.
мощью анализаторов спектра в широком спектре частот при подведении на их вход ВЧ сигналов через фильтры из предельных волноводов подтверждают наличие ярко выраженных интенсивных гармонических колебаний, хаотических по частоте у искрящих магнетронов;
— часто после искрений наблюдаются пропуски ВЧ импульсов, что, по-видимому, следует отнести за счет недостаточности эмиссионной способности катода-
Причиной искрений и пробоев в мапнетроне зачастую может явиться перекос катода и приближение его на малое расстояние к анодному блоку. При этом имеет
место ярко выраженная |
электроэррозия, приводящая |
к распылению материалов |
катода или чаще всего его |
148
конца и напылению материала на внутренней поверхно сти анодного блока.
В некоторых случаях при искреииях происходят ин тенсивные разрушения эмитирующей поверхности ка тода, что является причиной преждевременного выхода из строя магнетрона (рис. 3.33). В данном случае, в свя зи с сильным утончением катода произошел его перекос, о чем свидетельствует заметное на фотографии распы ление катода.
Следует отметить, что при наличии перекосов катода и ухудшении его эмиссионной способности наблюдается резкое искажение кривых электронного смещения ча стоты магнетронов. На рис. 3.34 в качестве примера по казаны кривые электронного смещения частоты двух
магнетронов до испытаний на |
срок службы (/) и |
пос |
ле 100-час испытания на срок |
службы в условиях |
ме |
ханических вибраций (2). Для магнетрона № 2 наблю далось резкое ухудшение кривой электронного смещения частоты, что, как выяснилось впоследствии, было связа но со смещением и перекосом катода по отношению к анодному блоку.
Устойчивость магнетронов к искрениям значительно зависит от состояния поверхности катода и толщины оксидного слоя. На рис. 3.35 (см. иллюстр.) показаны микрофотографии катодов магнетронов, имеющих раз личную устойчивость к искрениям. На рис. 3.35,а видна ровная поверхность катода с достаточным содержанием оксида, имеются вкрапления (зерна) никеля. Магнетрон с таким катодом устойчив к искрениям. На рис. 3.35,6 и в показаны поверхности катодов магнетронов, неустой чивых к искрениям: первый — по причине'рыхлости, вто рой— в связи с почти полным количеством оксидного покрытия (магнетрон работал продолжительное время).
3.6. РАЗНОВИДНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ МОЩНЫХ
ГЕНЕРАТОРНЫХ И УСИЛИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ СВЧ
Потребности повышения стабильности частоты мощ ных источников колебаний в диапазоне СВЧ, создание широкополосных генераторов с электронной перестрой кой частоты, дальнейшее наращивание уровня мощно сти,' повышение коэффициента полезного действия, раз работка передающих устройств с амплитудной, фазовой
150
и частотной модуляцией привели к поискам новых видов приборов СВЧ.
. При этом используются как известные принципы кон струирования приборов СВЧ, так и изыскиваются новые возможности создания эффективных автогенераторов и ■усилителей СВЧ.
Ниже остановимся на технических характеристиках и некоторых вопросах применения платинотронов (амплитронов и стабилотропов), ЛОВ типа М, мощных пролетных клистронов и ЛБВ как приборов импульс ного и 'непрерывного действия, которые за последние годы получают все большее и большее распространение.
Платинотроны (амплитроны и стабилотроны)
• Платинотроны представляют собой приборы, конст руктивное выполнение которых близко к магнетронам, но отличающиеся от последних наличием разомкнутой резонаторной системы. Это позволило создать платино троны как генераторы с внешним стабилизирующим контуром (стабилотроны), так и мощные усилители СВЧ •(амплитроны).
В литературе [17—20] подробно описаны платино троны в диапазоне 1 200—3 100 Мгц для импульсного режима работы и на частоте до 10 000 Мгц— для не прерывного режима работы.
Положительными особенностями, платинотронов яв ляются:
—высокий к. п. д. (55—80%);
—большие средние мощности (до 15 кет и выше); —'м алая зависимость спектра генерируемых колеба
ний от формы модулирующего импульса и сопротивле ния ВЧ нагрузки;
— повышенная стабильность частоты (для стабилотронов) и широкая полоса пропускания, достигающая 8— 10% (для амплитронов);
—возможность использования при больших длитель ностях импульсов (5— 15 мксек);
—большой срок службы и сравнительно невысокие питающие напряжения.
К числу недостатков платинотронов следует отнести:
. — небольшой коэффициент усиления, исчисляемый для. амплитронов 8—16 дб\
151