О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском
Рассматриваются возможные физические процессы при образовании объемного заряда в пространстве взаимодействия
 безнакального магнетрона с основным холодным катодом и вторичноэлектронным эмиттером, запуск которого осуществляют первичными электронами, эмитированными автоэлектронным эмиттером до...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10565 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, В.Д. Еремка, В.Д. Науменко, Н.И. Скрипкин // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 99-104. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860141436517744640 |
|---|---|
| author | Гурко, А.А. Еремка, В.Д. Науменко, В.Д. Скрипкин, Н.И. |
| author_facet | Гурко, А.А. Еремка, В.Д. Науменко, В.Д. Скрипкин, Н.И. |
| citation_txt | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, В.Д. Еремка, В.Д. Науменко, Н.И. Скрипкин // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 99-104. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассматриваются возможные физические процессы при образовании объемного заряда в пространстве взаимодействия
безнакального магнетрона с основным холодным катодом и вторичноэлектронным эмиттером, запуск которого осуществляют первичными электронами, эмитированными автоэлектронным эмиттером дополнительного катода. Предложена методика оценки возможности достижения режима ограничения тока пространственным зарядом Предложена методика оценки условий возникновения
режима ограничения тока пространственным зарядом.
Розглядаються можливі фізичні процеси при утворенні об'ємного заряду в просторі взаємодії безнакального магнетрона з основним холодним катодом і повторно-електронним емітером, запуск якого здійснюють первинними електронами, емітованими автоелектронним емітером додаткового катоду. Запропоновано методику оцінки умов виникнення режиму обмеження струму просторовим зарядом.
Consideration is being given to possible physical processes in producing a volume charge in the interaction space of the heatingfree magnetron with a main cold cathode and secondaryelectron emitter triggered with primary electrons emitted by the field electron emitter of an ancillary cathode. A procedure is proposed for assessing the conditions under with the space charge restricted current regime occurs.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:49:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
__________
ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 13, № 1, 2008, с. 99-104 © ИРЭ НАН Украины, 2008
УДК 621.385.6
О ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В
БЕЗНАКАЛЬНОМ МАГНЕТРОНЕ С АВТОЭМИССИОННЫМ ЗАПУСКОМ
А. А. Гурко , В. Д. Еремка, В. Д. Науменко , Н. И. Скрипкин
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины,
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
Е-mail: yeryomka@ire.kharkov.ua
Открытое акционерное общество «Плутон»,
11, ул. Ново-Сыромятническая, Москва, 105120, Россия
E-mail: pluton@aha.ru
Институт радиоастрономии НАН Украины,
4, ул. Краснознаменная, Харьков, 61002, Украина
E-mail: naumenko@rian.khrkov.ua
Рассматриваются возможные физические процессы при образовании объемного заряда в пространстве взаимодействия
безнакального магнетрона с основным холодным катодом и вторичноэлектронным эмиттером, запуск которого осуществляют пер-
вичными электронами, эмитированными автоэлектронным эмиттером дополнительного катода. Предложена методика оценки воз-
можности достижения режима ограничения тока пространственным зарядом Предложена методика оценки условий возникновения
режима ограничения тока пространственным зарядом. Библиогр.: 18 назв.
Ключевые слова: магнетрон, холодный катод, вторичноэлектронная эмиссия, автоэлектронная эмиссия, режим ограни-
чения тока пространственным зарядом.
Многорезонаторный магнетрон - один из
первых генераторов СВЧ колебаний, занимает
значительное место в перечне современных гене-
раторов электромагнитного излучения. Широкое
применение магнетронов в течение многих деся-
тилетий обусловлено постоянным совершенство-
ванием их конструкции и технологии изготовле-
ния. Модернизация обеспечивает им все более
высокие параметры и конкурентоспособность.
Убедительным подтверждением этого являются
магнетроны, которые содержат основной холодный
катод (ОХК) с вторично-электронным эмиттером
(ВЭЭ) и дополнительный катод с автоэлектрон-
ным эмиттером (АЭЭ) [1, 2]. Запуск процесса ге-
нерации в таких магнетронах осуществляют с
помощью тока автоэлектронной эмиссии с допол-
нительного полевого катода (ДК). Физические
механизмы формирования объемного заряда в
пространстве взаимодействия таких магнетронов
недостаточно изучены.
Фундаментальное отличие магнетрона с
основным термоэлектронным катодом от магне-
трона с безнакальным ОХК и автоэмиссионным
запуском состоит в механизме формирования
объемного заряда в их пространстве взаимодейст-
вия. Высказано предположение, что причиной
нарастания объемного заряда является бомбарди-
ровка ВЭЭ ОХК первичными электронами с АЭЭ
ДК [1]. В работе [3] процесс формирования про-
странственного заряда в магнетроне с ОХК и ВЭЭ
представлен сложнее: ток автоэлектронной эмис-
сии ионизирует остаточный газ, и образовавшие-
ся ионы бомбардируют ВЭЭ. Ни один из упомя-
нутых механизмов не имеет убедительных доказа-
тельств. Вместе с тем, в отечественных публика-
циях о работе и характеристиках магнетронов с
автоэмиссионным запуском укоренилось первое
представление. Вероятно оно ближе к истине, так
как в рассматриваемых магнетронах не наблюдает-
ся заметного запаздывание фронта импульса тока
анода относительно фронта модулирующего им-
пульса напряжения, которое характерно для газо-
наполненного магнетрона с холодным катодом [3].
При температуре катода, исключающей
появление термоэлектронной эмиссии, ДК с АЭЭ
испускает первичные электроны на фронте каж-
дого импульса. С целью увеличения времени
функционирования автоэлектронного эмиттера
представляется целесообразным после накопле-
ния пространственного заряда достаточной вели-
чины его «отключать». Очевидно, что выключа-
телем может служить накопленный объемный
заряд, если он экранирует АЭЭ от действия элек-
трического поля, создаваемого напряжением ано-
да. Современная теория магнетрона представляет
электронное облако в пространстве взаимодейст-
вия в виде «втулки» пространственного заряда со
«спицами» и границей раздела на радиусе син-
хронизации cr . Поэтому радиус АЭЭ может быть
определен с помощью уравнения [4]:
сц
ц
ВЭКАЭЭ
2
rr , (1)
где ВЭКr - радиус вторично-эмиссионного катода;
f2с , f - частота генерации, - замед-
mailto:yeryomka@ire.kharkov.ua
mailto:pluton@aha.ru
mailto:naumenko@rian.khrkov.ua
А. А. Гурко и др. / О физических процессах…
_________________________________________________________________________________________________________________
100
ление волны высокочастотного потенциала; ц -
циклотронная частота. Реально, из-за колебатель-
ных процессов в пространственном заряде грани-
ца его «втулки», по мнению многих исследовате-
лей, удалена от катода дальше cr .
В магнетронах с одинаковыми aU и раз-
мерами пространства взаимодействия ток запуска
с АЭЭ меньше тока запуска с термоэлектронного
эмиттера, что заставляет при использовании авто-
эмиссионного запуска искать возможность обес-
печения требуемого рабочего тока за счет увели-
чения тока вторичной эмиссии путем повышения
эффективности бомбардировки катода. Возраста-
нию эффективности бомбардировки катода со-
гласно [5] способствует увеличение радиуса кри-
визны пространства взаимодействия. Реализация
автоэмиссионного запуска в коаксиальных магне-
тронах (КМ) оказывается проще вследствие
большего радиуса кривизны пространства взаи-
модействия.
Кардинальное изменение механизма
эмиссии первичных электронов отразилось на
проблеме подавления конкурирующих видов ко-
лебаний. Очевидны два обстоятельства:
- ток термоэлектронной эмиссии больше
тока автоэлектронной эмиссии;
- при автоэлектронном запуске первич-
ные электроны появляются при значительно
большем напряжении анода, поэтому продолжи-
тельность процесса «размножения» первичных
электронов в этой ситуации, существенно мень-
ше, чем при запуске термоэлектронами.
Данные, накопленные в процессе разра-
ботки и производства магнетронов с автоэмисси-
онным запуском, свидетельствуют об отсутствии
четкой корреляции между показателями стабиль-
ности работы магнетрона и величиной тока авто-
электронной эмиссии. Величина тока автоэлек-
тронной эмиссии по окончании тренировки маг-
нетрона часто оказывается меньше величины тока
термоэлектронной эмиссии, которая необходима
для возбуждения магнетрона. Поэтому можно
сделать вывод о том, что механизм образования
пространственного заряда, вероятно, отличается
от описанного в [1, 2]. Объяснить это можно
предположив, что нитевидные кристаллы являют-
ся автоэлектронными эмиттерами первичных
электронов. По мере повышения температуры
нитевидные кристаллы могут совершить переход
в режим эмиттеров с автоэлектронной, термоав-
тоэлектронной или взрывной эмиссией [6]. Не все
аспекты процесса образования нитевидных кри-
сталлов ясны, но ряд исследователей отдает пред-
почтение модели пар - жидкость - кристалл. Эта
модель позволяет объяснить изменение во време-
ни величины тока автоэлектронной эмиссии при
работе в скрещенных полях и при отсутствии
магнитного поля.
В скрещенных полях за счет увеличенно-
го времени жизни электронов возрастает вероят-
ность ионизации паров бария в прикатодной об-
ласти. Ионы бария, оседая на поверхности рабо-
чей кромки АЭЭ, формируют острийные элемен-
ты (нитевидные кристаллы), которые быстро за-
страивают кромку лезвия. В отсутствие магнит-
ного поля разрушенные взрывной эмиссией ните-
видные кристаллы не восстанавливаются вслед-
ствие резкого уменьшения потока ионов бария на
катод (мала вероятность ионизации). Согласно [7]
для возникновения на острийных элементах про-
цесса взрывной эмиссии необходимо время
910 10...10 с. Поскольку, минимальная длитель-
ность фронта модулирующего импульса находит-
ся в пределах интервала 78 10...105 с, то не вид-
но препятствий для возникновения взрывной
эмиссии в безнакальном магнетроне. Практиче-
ски в любом магнетроне электроны приобретают
достаточную для ионизации энергию. Это позво-
ляет с уверенностью говорить о возможности
создания в магнетроне условий, при которых ско-
рость процесса разрушения нитевидных кристал-
лов взрывной эмиссией не превосходит скорость
их восстановления. В настоящее время эта задача
решается экспериментально методом проб.
Температура ВЭЭ в рабочем режиме на-
ходится ниже 500 С. Тепловое испарение мате-
риалов катода незначительно, и интенсивность
образования нитевидных кристаллов определяет-
ся в основном концентрацией в пространстве
взаимодействия продуктов катодного распыления.
Сравнительная оценка распыляемости вещества
осуществляется с помощью коэффициента рас-
пыления - количества атомов вещества, выбитых
одним ионом. Величина коэффициента распыле-
ния является функцией многих переменных:
энергии, массы и угла падения иона, атомного
веса и теплоты возгонки распыляемого вещества,
номера его иона.
Существующие представления о меха-
низме катодного распыления, удовлетворительно
объясняют его довольно сложные закономерно-
сти. При объяснении часто используют эмпири-
ческие коэффициенты или параметры, которые
применимы в узких интервалах энергий ионов и
для конкретных типов соударений [8]. Почти все
теории не учитывают кристаллическую структуру
металлов. Значительный объем информации о
применении катодного распыления в науке и тех-
нике практически не содержит сведений, необхо-
димых для непосредственного применения при
решении обсуждаемой проблемы.
Из литературных источников известно,
что долговечность автоэмиссионных катодов уве-
А. А. Гурко и др. / О физических процессах…
_________________________________________________________________________________________________________________
101
личивалась при уменьшении давления остаточ-
ных газов и обратной бомбардировке электрона-
ми, а также в случае применения устойчивого к
катодному распылению материала. Реальные по-
следствия катодного распыления в рассматривае-
мом магнетроне будут отличаться от описывае-
мых в литературе экспериментов вследствие раз-
личий структуры электронных оболочек, атомно-
го номера, энергии и плотности тока ионов, нали-
чия обратной бомбардировки катода электронами
с широким спектром скоростей. В магнетроне
ионной бомбардировке одновременно подверга-
ются источники эмиссии, которые отличаются по
физическим свойствам и природе. Причем плот-
ность потока ионов на рабочую поверхность ВЭЭ
и АЭЭ может отличаться значительно, в соответ-
ствии с плотностью концентрации силовых линий
электрического поля на кромке лезвия АЭЭ и на
поверхности ВЭЭ, может отличаться значительно.
Установлено, что при облучении твердых
тел ионами имеет место эмиссия частиц преиму-
щественно в виде нейтральных атомов [8]. Атомы
выходят не только из поверхностного слоя, но и
из глубины (до 10 атомных слоев) вещества, и чем
глубже ионы проникают в металл, тем большую
кинетическую энергию получают выбиваемые
атомы. Разброс атомов по скоростям в свою оче-
редь обусловливает разброс по скоростям образо-
вавшихся из них ионов. Зависимость коэффици-
ента распыления от энергии бомбардирующих
ионов имеет четко выраженный максимум. При-
чем коэффициент распыления для легких ионов
достигает максимального значения при меньших
энергиях, чем для тяжелых ионов. Есть основание
предполагать, что при металлосплавном ВЭЭ в
образовании нитевидных кристаллов участвует не
только распыляемый барий, но и образующиеся в
процессе изготовления материала ВЭЭ фракции-
примеси. Перечисленные факторы могут созда-
вать условия для «строительства» «каркаса» ни-
тевидных кристаллов из материала примесей,
вводимых в структуру ВЭЭ.
Долговечность магнетрона с холодным
катодом определяется стойкостью комплекса
эмиттеров в виде ВЭЭ и АЭЭ к катодному распы-
лению. В ранних безнакальных магнетронах с
импрегнированным ВЭЭ фактором, который ог-
раничивает долговечность, было падение коэф-
фициента вторичной эмиссии вследствие катод-
ного распыления поверхностной пленки бария.
Для восстановления величины коэффициента
вторичной эмиссии достаточно было кратковре-
менно включить напряжение накала холодного
катода с импрегнированным ВЭЭ. Температура
ВЭЭ при этом не превышала 500 С. Предложен-
ная в [9] замена импрегнированного ВЭЭ метал-
лосплавным эмиттером на основе Pd-Ba не в пол-
ной мере оправдала прогноз разработчиков. Не-
обходимость периодического включения накала
ОХК сохранилась. В данном случае фактором,
ограничивающим долговечность магнетрона, ока-
залось падение величины автоэмиссионного тока.
Если последнее предположение верно, то можно,
по-видимому, говорить об установлении одной из
причин, ограничивающих применение автоэмис-
сионного запуска в безнакальных магнетронах.
Минимальная величина анодного напряжения
aU , при котором возможна реализация автоэмис-
сионного запуска магнетрона, расположена в об-
ласти его значений до перехода автоэмиссии во
взрывную. Естественно, энергия ионов, которые
бомбардируют ВЭЭ, должна быть достаточной
для обеспечения условий «строительства» ните-
видных кристаллов.
Замена импрегнированного ВЭЭ метал-
лосплавным на основе сплава Pd-Ba привела к
уменьшению эмиссионной способности как ВЭЭ,
так и АЭЭ. При этом величина тока термоэлек-
тронной эмиссии при активировании ВЭЭ по-
средством нагрева в процессе откачки магнетрона
уменьшилась в 5…10 раз. Уровень автоэмиссион-
ного тока в диодном режиме без магнитного поля
упал до критически малой величины. В генера-
торном режиме уменьшилась стабильность воз-
буждения автоколебаний, о чем свидетельствова-
ло увеличение флюктуаций фронта высокочас-
тотного импульса, которые переходят в пропуски
импульсов при максимальных значениях тока
анода. Причина этого обусловлена, вероятно, сле-
дующим. Сплав Pd-Ba характеризуется достаточ-
но малой величиной плотности тока термоэлек-
тронной эмиссии (не более 10
-6
А/см
2
) [10]. Ак-
тивный металл (Ва) в этом сплаве запасен пре-
имущественно в виде интерметаллического со-
единения Рd5Ba, которое является источником
моноатомной пленки бария на поверхности спла-
ва [11]. Исследованиями [12, 13] установлено
уменьшение работы выхода ВЭЭ на основе спла-
ва Pd-Ba при бомбардировке ионами. Оно являет-
ся результатом более высокой скорости распыле-
ния Pd по сравнению со скоростью распыления
Ba. Уменьшение количества Ba в продуктах ка-
тодного распыления приводит к уменьшению об-
разования нитевидных кристаллов на рабочей
кромке лезвий АЭЭ, а следовательно, и тока авто-
электронной эмиссии. Вследствие более высокой
теплопроводности сплава Pd-Ba (по сравнению с
теплопроводностью вольфрамовой губки импрег-
нированного ВЭЭ) произошло понижение темпе-
ратуры рабочей кромки лезвий АЭЭ, что отрица-
тельно сказалось на процессе перехода туннель-
ной автоэлектронной эмиссии во взрывную.
Экспериментальным путем установлено,
что работоспособность магнетрона улучшается
при размещении между плоскими кольцами эле-
ментов АЭЭ и цилиндрическими втулками эле-
А. А. Гурко и др. / О физических процессах…
_________________________________________________________________________________________________________________
102
ментов ВЭЭ холодного катода вольфрамовых про-
кладок. Объясняется это предотвращением эрозии
элементов АЭЭ и ВЭЭ в области их контакта (при
высоких температурах). Причина улучшения ра-
ботоспособности магнетрона с конструктивной
схемой катода Pd-Ba+W+Ta, по нашему мнению,
заключается в следующем. Согласно [12] контакт
Pd-Ba с Мо приводит к увеличению эмиссионной
способности сплава даже при незначительной
диффузии его атомов в сплав. Авторы [14] утвер-
ждают, что характер контактного взаимодействия
систем Pd-Ba+Mo+Ta, Pd-Ba+W+Ta и Pd-Ba+Ta
(т. е. без прокладок W и Mo) идентичен. При непо-
средственном контакте элементов АЭЭ из Ta со
сплавом Pa-Ba область увеличения концентрации
Ва во втулках ВЭЭ, которая находится в потенци-
альной «яме», практически не подвергается катод-
ному распылению. Прокладки из W и Mo между
элементами АЭЭ и ВЭЭ перемещают зону увели-
ченной концентрации бария в область, которая
подвергается эффективной бомбардировке воз-
вратными электронами. При увеличении напря-
женности электрического поля в этой области от-
мечается рост тока термоэлектронной эмиссии при
активировании ВЭЭ. Из перечисленных материа-
лов для прокладок W имеет наименьшую тепло-
проводность. Поэтому он в наибольшей степени
способствует переходу автоэмиссии элементов
АЭЭ из туннельной во взрывную.
Стабильное возбуждение автоколебаний в
магнетроне имеет место при достижении режима
ограничения тока анода пространственным заря-
дом в предгенерационном состоянии. При ис-
пользовании импрегнированного ВЭЭ характер-
ными являются увеличение эмиссии из элементов
АЭЭ и уменьшение эффекта старения ВЭЭ вслед-
ствие уменьшения воздействия катодного распы-
ления. Как следует из (1), при неизменной вели-
чине ВЭЭАЭЭ rr увеличение экранирующего
слоя объемного заряда возможно за счет умень-
шения индукции магнитного поля или за счет
увеличения ВЭЭr . Но при этом уменьшается элек-
тронный КПД [15]. Более рациональным оказыва-
ется путь уменьшения ВЭЭr . Согласно [15]
уменьшение cr приводит к росту электронного
КПД и ухудшает стабильность возбуждения. При
одновременном уменьшении ВЭЭr и aU возмож-
но сохранение уровня выходной мощности и уве-
личение экранирующего слоя. При этом величина
ca rr остается практически неизменной, и как
следствие, сохраняется устойчивое возбуждение
автоколебаний в магнетрон.
Усиление обратной бомбардировки ка-
тода одновременно с повышением уровня вто-
ричной эмиссии увеличивает катодное распы-
ление, которое стимулирует образование иголь-
чатых катодов на кромке АЭЭ. Рост энергии воз-
вращающихся на катод электронов достигается
за счет увеличения интенсивности колебатель-
ных процессов во втулке пространственного за-
ряда [5]. При фиксированном напряжении анода
к этому ведет увеличение диаметра катода. Уси-
ление колебательных процессов во «втулке»
пространственного заряда вызывает увеличение
ее диаметра, что позволяет увеличить и величи-
ну АЭЭr относительно cr . Этот путь может ока-
заться предпочтительнее при металлосплавном
эмиттере ВЭЭ.
В настоящее время отсутствуют реко-
мендации-критерии выбора параметров эмиттера
ВЭЭ, обеспечивающих формирование необходи-
мой величины взрывной эмиссии с нитевидных
кристаллов. По утверждению М. Ф. Копылова,
минимально необходимые для возбуждения маг-
нетрона величины тока АЭ (при использовании
ОХК с ВЭЭ) и тока термоэлектронной эмиссии
(при использовании основного термоэлектронно-
го катода) имеют одинаковое значение. Поэтому
заключение о необходимом для запуска магне-
трона уровне тока АЭ делается по результатам
определения минимальной температуры основно-
го термоэлектронного катода и соответствующей
ей величины термоэлектронной эмиссии, при ко-
торой осуществляется стабильный запуск магне-
трона. Эта точка зрения представляется ошибоч-
ной по следующей причине. Не отрицая обще-
принятого представления о существенном (ре-
шающем) вкладе вторичной эмиссии в формиро-
вание режима ограничения тока пространствен-
ным зарядом, М. Ф. Копылов не принял во вни-
мание значительную разницу во времени, отве-
денном на «размножение» первичных электронов,
эмитированных при термоэлектронной эмиссии и
автоэлектронной эмиссии.
Предлагаемая М. Ф. Копыловым сравни-
тельная оценка эмиссионной способности АЭЭ
по величине тока автоэлектронной эмиссии при
a8,0 U (в отсутствие магнитного поля) не содер-
жит в себе полезной информации. Величина тока
автоэлектронной эмиссии как технологический
параметр может представлять интерес только для
режима отсутствия экранировки АЭЭ простран-
ственным зарядом. В предгенерационном режиме
граница виртуального катода 0r связана с вели-
чинами индукции магнитного поля B и напря-
жения анода соотношением [4]:
2
0
2
к
0
a
2
0
2
к
2
0
2
к2
0
ц
a
1
ln12
1
8
r
r
r
r
r
r
r
r
r
В
U ,
А. А. Гурко и др. / О физических процессах…
_________________________________________________________________________________________________________________
103
где ц - циклотронная частота; кr - радиус катода;
ar - радиус анода.
Для известных типов безнакальных маг-
нетронов с автоэмиссионным запуском состояние
АЭЭ0 rr по расчету наступает при aU сущест-
венно меньшем 0,8 рабочего значения.
Процесс создания (накопления) про-
странственного заряда, обеспечивающего в маг-
нетроне режим ограничения тока пространст-
венным зарядом, в основном должен быть за-
кончен в предгенерационный период (для магне-
трона импульсного действия - на фронте моду-
лирующего импульса). Существенную роль в
процессе накопления объемного заряда в про-
странстве взаимодействия магнетрона c холод-
ным катодом играют концевые области с неод-
нородными полями возле боковых фокусирую-
щих экранов [16]. Поскольку согласно [5] уровень
бомбардировки катода магнетрона претерпевает
«малозаметное изменение при переходе порога
генерации колебаний», можно предположить его
сохранение и в отсутствие резонаторной системы,
в так называемом статическом магнетроне (диоде
без резонаторной системы). С помощью лабора-
торного макета КМ 2-см диапазона длин волн
установлено, что весьма близки режимы по току
анода, при которых наблюдается увеличение не-
стабильности спектра частот генерирующего
магнетрона и появляется нестабильность импуль-
са тока (амплитуды и фронта) в статическом маг-
нетроне. При дальнейшем увеличении aI в маг-
нетроне появлялись пропуски высокочастотных
импульсов, а в статическом магнетроне - пропус-
ки импульсов тока анода.
Исходя из этого, предлагается за крите-
рий годности параметров пространства взаимо-
действия АЭЭ и ВЭЭ принять необходимость
обеспечения рабочего значения aI при рабочих
значениях анодного напряжения aU и магнитного
поля B в статическом магнетроне с идентичны-
ми размерами пространства взаимодействия,
АЭЭ, ВЭЭ и топографией магнитного поля в про-
странстве взаимодействия. При таком подходе к
оценке катода отпадает необходимость в изготов-
лении и предварительной отработке параметров
колебательной системы магнетрона.
Для магнетронов миллиметрового диапа-
зона с режимом работы на пространственных
гармониках характерна меньшая величина отно-
шения ca UU . Она может достигать значения
2ca UU . И. М. Вигдорчиком и В. П. Тимо-
феевым (ИРЭ АН УССР) установлено, что в маг-
нетронах на пространственной гармонике, кото-
рые работают вблизи критического режима, также
как и в магнетронных диодах с идентичной гео-
метрией, величины максимальных токов практи-
чески совпадают [17].
В настоящее время безнакальные магне-
троны с автоэмиссионным запуском нашли при-
менение в реальных современных радиоэлек-
тронных системах, и на практике подтвердили
свое преимущество. Например, магнетрон «Бу-
тон» [18], выпускаемый заводом «Генератор»
(г. Киев), уже обеспечил безотказную работу в
серийной РЛС более 30 000 час. Вместе с тем
приходится констатировать, что наши представ-
ления о физических процессах в магнетроне с
ОХК и автоэмиссионным запуском относительно
процесса формирования объемного заряда в его
пространстве взаимодействия во многом остают-
ся недостаточными для решения широкого круга
практических задач при разработке и создании
магнетронов миллиметрового диапазона волн.
1. Пат. 2007777. Российская Федерация. H01 J 25/50. Магне-
трон / М. Ф. Копылов, Б. В. Бондаренко, В. И. Махов,
В. А. Назаров. 15.02.1994, Бюл. №3.
2. Пат №19702. Украина. H01 J 25/50. Магнетрон / В. Д. Ерѐм-
ка, В. П. Дзюба, Н. Н. Захрабов, А. Ф. Токовенко, А. П. Мит-
ник. 15.01.2007. Бюл. №1.
3. Okress E. (ed. in cnief). Crossed Field Microwave Devices. -
N.Y. and London: Academic Press. - 1961. - 2. - P.268-279.
4. Бычков С. И. Вопросы теории и практического применения
приборов магнетронного типа. - М.: Сов. радио, 1967. - 216 с.
5. Okress E. Crossed Field Microwave Devices. - N.Y. and Lon-
don: Academic Press. - 1961. - 1. - P.157-180.
6. Носов А. А. Термоавтоэлектронная эмиссия нитевидных
кристаллов при их формировании // XVIII Всесоюзн. конф.
по эмиссионной электронике: Тез. докл. - М., 1981. - 111 с.
7. Костюк Г. И. О динамике эмиссионных процессов на
острийном катоде // XVIII Всесоюзн. конф. по эмиссион-
ной электронике: Тез. докл. - М., 1981. - 117 с.
8. Плешивцев Н. В. Катодное распыление. - М.: Атомиздат,
1968. - 285 с.
9. Пат. 2019877. Российская Федерация. H01 J 1/32. Магне-
трон с безнакальным катодом / Ю. А. Пипко, Л. А. Семе-
нов, Л. М. Марголис и др. 15.09.1994. Бюл. №17.
10. Djubua D. Ch., Ilyin V. N., Koultashev O. K. Venal-Alloyed
Cathodes for High-Power // IVESC’1996. Conf. Dig. - Eind-
hoven. The Netherlands. - 1996. - P.215-216.
11. Дмитриева В. Н., Есаулов Н. П. Исследование фазового
состава сплавов платина-барий и палладий-барий // Благо-
родные металлы и их применение. - 1971. - Вып.28. - С.58.
12. Дюбуа Б. Ч. Металлосплавной «холодный» вторично-
эмиссионный катод // Радиотехника. - 2006. - №3. - С.31-34.
13. Гнучев Н. М. Каничева И. Р., Кирсанова Т. С. Влияние
ионной бомбардировки на термоэмиссионные свойства
сплава палладия с барием // Электронная техника. Сер.
Электроника СВЧ. - 1990. - Вып.12. - С.131-133.
14. Есаулов Н. П., Марин В. П. Взаимодействие сплава Pd-Ba
c танталом, вольфрамом и молибденом // Электронная
техника. Сер. Материалы. - 1991. - Вып.8. - С.18-23.
15. Коваленко В. Ф. Введение в электронику сверхвысоких
частот. - М.: Сов. радио, 1955. - 256 с.
16. Грицаенко С. В., Ерѐмка В. Д., Копоть М. А. и др. «Много-
резонаторные магнетроны с холодным вторично-
эмиссионным катодом: достижения, проблемы, перспекти-
вы» // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т радио-
физики и электрон. НАН Украины. - 2005. - 10, спец. вып. -
С.3-37.
17. Вигдорчик И. М., Тимофеев В. П. Исследование макси-
мальных токов в магнетронном диоде с холодным като-
дом // Журнал техн. физики. - 1974. - 44, №1. - С. 221-223.
А. А. Гурко и др. / О физических процессах…
_________________________________________________________________________________________________________________
104
18. Yeryomka V. D., Dzyuba V. P. Coaxial cold-cathode magne-
tron // IVEC’2004, Conf. Dig, - Monterey, USA. - 2004. -
P.246-247.
ON THE PHYSICAL PROCESSES IN THE
PRODUCTION OF A SPACE CHARGE IN A
HEATING-FREE MAGNETRON WITH FIELD
EMISSION TRIGGERING
A. A. Gurko, V. D. Yeryomka,
V. D. Naumenko, N. I. Skripkin
Consideration is being given to possible physical
processes in producing a volume charge in the interaction space of
the heating-free magnetron with a main cold cathode and second-
ary-electron emitter triggered with primary electrons emitted by
the field electron emitter of an ancillary cathode. A procedure is
proposed for assessing the conditions under with the space charge
restricted current regime occurs.
Key words: magnetron, cold cathode, secondary-electron
emission, field electron emission, space charge restricted current
regime.
ПРО ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ ПРИ УТВОРЕННІ
ПРОСТОРОВОГО ЗАРЯДУ В
БЕЗНАКАЛЬНОМУ МАГНЕТРОНІ
З АВТОЕМІСІЙНИМ ЗАПУСКОМ
О. О. Гурко, В. Д. Єрьомка,
В. Д. Науменко, Н. І. Скрипкін
Розглядаються можливі фізичні процеси при утво-
ренні об'ємного заряду в просторі взаємодії безнакального
магнетрона з основним холодним катодом і повторно-
електронним емітером, запуск якого здійснюють первинними
електронами, емітованими автоелектронним емітером додат-
кового катоду. Запропоновано методику оцінки умов виник-
нення режиму обмеження струму просторовим зарядом
Ключові слова: магнетрон, холодний катод, повто-
рноелектронна емісія, автоелектронна емісія, режим обмежен-
ня струму просторовим зарядом.
Рукопись поступила 29 ноября 2007 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10565 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:49:44Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гурко, А.А. Еремка, В.Д. Науменко, В.Д. Скрипкин, Н.И. 2010-08-04T08:38:17Z 2010-08-04T08:38:17Z 2008 О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, В.Д. Еремка, В.Д. Науменко, Н.И. Скрипкин // Радіофізика та електроніка. — 2008. — Т. 13, № 1. — С. 99-104. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10565 621.385.6 Рассматриваются возможные физические процессы при образовании объемного заряда в пространстве взаимодействия
 безнакального магнетрона с основным холодным катодом и вторичноэлектронным эмиттером, запуск которого осуществляют первичными электронами, эмитированными автоэлектронным эмиттером дополнительного катода. Предложена методика оценки возможности достижения режима ограничения тока пространственным зарядом Предложена методика оценки условий возникновения
 режима ограничения тока пространственным зарядом. Розглядаються можливі фізичні процеси при утворенні об'ємного заряду в просторі взаємодії безнакального магнетрона з основним холодним катодом і повторно-електронним емітером, запуск якого здійснюють первинними електронами, емітованими автоелектронним емітером додаткового катоду. Запропоновано методику оцінки умов виникнення режиму обмеження струму просторовим зарядом. Consideration is being given to possible physical processes in producing a volume charge in the interaction space of the heatingfree magnetron with a main cold cathode and secondaryelectron emitter triggered with primary electrons emitted by the field electron emitter of an ancillary cathode. A procedure is proposed for assessing the conditions under with the space charge restricted current regime occurs. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Вакуумная и твердотельная электроника О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском Про фізичні процеси при утворенні просторового заряду в безнакальному магнетроні з автоемісійним запуском On the physical processes in the production of a space charge in a heating-free magnetron with field emission triggering Article published earlier |
| spellingShingle | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском Гурко, А.А. Еремка, В.Д. Науменко, В.Д. Скрипкин, Н.И. Вакуумная и твердотельная электроника |
| title | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| title_alt | Про фізичні процеси при утворенні просторового заряду в безнакальному магнетроні з автоемісійним запуском On the physical processes in the production of a space charge in a heating-free magnetron with field emission triggering |
| title_full | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| title_fullStr | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| title_full_unstemmed | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| title_short | О физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| title_sort | о физических процессах при образовании пространственного заряда в безнакальном магнетроне с автоэмиссионным запуском |
| topic | Вакуумная и твердотельная электроника |
| topic_facet | Вакуумная и твердотельная электроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10565 |
| work_keys_str_mv | AT gurkoaa ofizičeskihprocessahpriobrazovaniiprostranstvennogozarâdavbeznakalʹnommagnetronesavtoémissionnymzapuskom AT eremkavd ofizičeskihprocessahpriobrazovaniiprostranstvennogozarâdavbeznakalʹnommagnetronesavtoémissionnymzapuskom AT naumenkovd ofizičeskihprocessahpriobrazovaniiprostranstvennogozarâdavbeznakalʹnommagnetronesavtoémissionnymzapuskom AT skripkinni ofizičeskihprocessahpriobrazovaniiprostranstvennogozarâdavbeznakalʹnommagnetronesavtoémissionnymzapuskom AT gurkoaa profízičníprocesipriutvorenníprostorovogozarâduvbeznakalʹnomumagnetronízavtoemísíinimzapuskom AT eremkavd profízičníprocesipriutvorenníprostorovogozarâduvbeznakalʹnomumagnetronízavtoemísíinimzapuskom AT naumenkovd profízičníprocesipriutvorenníprostorovogozarâduvbeznakalʹnomumagnetronízavtoemísíinimzapuskom AT skripkinni profízičníprocesipriutvorenníprostorovogozarâduvbeznakalʹnomumagnetronízavtoemísíinimzapuskom AT gurkoaa onthephysicalprocessesintheproductionofaspacechargeinaheatingfreemagnetronwithfieldemissiontriggering AT eremkavd onthephysicalprocessesintheproductionofaspacechargeinaheatingfreemagnetronwithfieldemissiontriggering AT naumenkovd onthephysicalprocessesintheproductionofaspacechargeinaheatingfreemagnetronwithfieldemissiontriggering AT skripkinni onthephysicalprocessesintheproductionofaspacechargeinaheatingfreemagnetronwithfieldemissiontriggering |