О влиянии формы импульса анодного напряжения на устойчивость работы магнетрона на пространственной гармонике с холодным вторично-эмиссионным катодом

Abstract

Одной из главных проблем, с которой сталкиваются разработчики модуляторов для магнетронов на пространст-венной гармонике с холодным вторично-эмиссионным катодом, является проблема подбора правильной формы импульса анодного напряжения, которая обеспечит стабильную работу магнетрона. В этой статье исследовано влияние формы импульса анодного напряжения на работу передатчиков на основе магнетронов с холодными вторично-эмиссионными катодами. Экспериментально изучено влияние различных частей импульса на такие параметры магнетрона как величина необходимого тока стартового катода, необходимая для стабильного возбуждения вторичной эмиссии с холодного катода, устойчивость работы на выбранном виде колебаний и генерация максимальной мощности. Показано, что величина тока стартового катода определяется, прежде всего, крутизной фронта импульса. Ее оптимальная величина обычно составляет около 150 кВ/мкс. При этом стартовый катод должен отдавать ток всего в несколько десятков миллиампер, что позволяет существенно увеличить срок службы прибора. Показано также, что наличие выброса в начале импульса способствует преждевременному переходу на нерабочий вид колебаний. В итоге это приводит к уменьшению выходной мощности магнетрона. Длительность спада определят способность магнетрона работать при малой длительности импульса. При очень коротких импульсах энергия, расходуемая на СВЧ-генерацию, может сравняться с энергией, затрачиваемой на формирование спада импульса. В итоге сделано заключение, что применение магнетронов с холодным катодом, работающих на пространственной гармонике, требует тщательной отработки характеристик импульсного модулятора. Крутизна фронта его выходного импульса должна составлять около 150 кВ/мкс, а выброс в начале импульса должен быть как можно меньше. При работе на очень коротких импульсах необходимо обеспечить большую крутизну спада.

Однією з основних проблем, з якою стикаються розробники модуляторів для магнетронів на просторовій гармоніці з холодним вторинно-емісійним катодом, є проблема добору правильної форми імпульсу анодної напруги, котра забезпечить стабільну роботу магнетрона. У цій статті досліджено вплив форми імпульсу анодної напруги на роботу передавачів на основі магнетронів з холодними вторинно-емісійними катодами. Експериментально вивчено вплив різних частин імпульсу на такі параметри магнетрона як величина необхідного струму стартового катода необхідна для стабільного збудження вторинної емісії з холодного катода, стійкість роботи на обраному виді коливань і генера-ція максимальної потужності. Показано, що величина струму стартового катода визначається, перш за все, крутістю фронту імпульсу. Її оптимальна величина зазвичай складає близько 150 кВ/мкс. При цьому стартовий катод повинен віддавати струм всього в декілька десятків міліамперів, що дозволяє істотно збільшити термін служби приладу. Показано також, що наявність викиду на початку імпульсу сприяє передчасному переходу на неробочу моду коливань. У результаті це призводить до зменшення вихідної потужності магнетрона. Тривалість спаду визначає здатність магнетрона працювати при малій тривалості імпульсу. При дуже коротких імпульсах енергія, що витрачається на СВЧ-генерацію, може зрівнятися з енергією, що витрачається на формування спаду імпульсу. У результаті зроблено висновок, що використання магнетронів з холодним катодом, що працюють на просторовій гармоніці, вимагає ретельного відпрацювання характеристик імпульсного модулятора. Крутість фронту його вихідного імпульсу повинна складати близько 150 кВ/мкс, а викид на початку імпульсу має бути якомога менше. Для роботи на дуже коротких імпульсах необхідно забезпечити велику крутість спаду.

One of the main problems faced by developers of modulators for spatial-harmonic magnetrons with cold secondary emission cathode is the selection of the correct shape of an anode voltage pulse that will ensure the stable operation of the magnetron. In this paper, the effect of the shape of the anode voltage pulse on the operation of transmitters based on magnetrons with cold secondary emission cathodes is investigated. The influence of different parts of the pulse on such parameters of the magnetron as the required current of the starting cathode necessary for stable excitation of secondary emission from the cold cathode, the stability of operation on the selected mode of oscillation, and the generation of the maximum power is experimentally studied. It is shown that the magnitude of the starting cathode current is determined, first of all, by the steepness of the pulse front. Its optimum value is usually about 150 kV/ms. In this case, starting cathode should provide a current of only a few tens of milliamperes, which can significantly increase the lifetime of the device. The article also shows that the presence of a pulse spike at the beginning of a voltage pulse facilitates a premature transition to a non-working mode of oscillation. As a result, this leads to a decrease in the output power of the magnetron. The duration of the decay determines the ability of the magnetron to operate at small pulse duration. For very short pulses, the energy expended on the microwave generation can be equal to the energy expended on the formation of the pulse decay. As a result, it was concluded that the usage of spatial-harmonic magnetrons with cold cathode requires a careful refinement of the characteristics of a pulse modulator. The steepness of the front of its output pulse should be about 150 kV/ms, and the pulse spike at the beginning of the voltage pulse should be as small as possible. When working on very short pulses it is necessary to provide a longer rate of pulse decay.