книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

но 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

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

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

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;

— в отдельных случаях наблюдаются перескоки и сдвиги видов колебаний, сопровождающиеся реакцией на модулятор и последующим расширением импульса и

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

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

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