CW磁控管与脉冲磁控管效率差异初探

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学 作者:张兆镗

  本文从电子效率与回路效率及管内电子运动的基本概念出发,分析了(连续波)CW 磁控管与脉冲磁控管效率的差别,尽管这些分析是定性与半定量的,但可以看出造成这种差异的原因所在,为进一步提高磁控管的效率指明了方向。

  连续波(CW)磁控管的效率通常在50%至92%左右,而脉冲磁控管的效率则在8%至52%之间,相比之下两者相差约两至数倍。究竟是什么原因造成如此巨大的差异?直到目前为止,尚未见到相关的报导。

  本文将从磁控管中电子回旋运动、电子挑选、相位聚焦、振荡建立、以及与工作条件、结构参数等各个方面出发,定性地初步作些探讨,以后有条件时将进一步作定量的研究。

提高脉冲磁控管效率的可能途径

  (1)在满足雷达要求的情况下,适当提高耦合度β以提高回路效率ηc 。由于目前采用高性能的隔离器或环行器,使得负载对磁控管的失配影响减至最小,完全消灭了“长线效应”,过重的耦合会增大频牵的现象已不复存在。

  (2)尽量提高管内腔体的加工光洁度,以提高固有品质因数Qo,使得在频牵不变前提下提高β 值。

  (3)适当增大脉冲宽度τ,但这受到雷达体制电参数的制约,应与总体设计师共同协商讨论后确定。

提高CW 磁控管效率的途径

  (1)在2450MHz频段,CW 磁控管谐振腔的固有品质因数Qo在800~1200之间,大大低于915MHz频段的Qo值(2500~3000),因此在相同的外观品质因数Qe下,915MHz磁控管Qo值的增大导致了耦合度β的提高,其次低的频率减小了腔体高频损耗的减小,例如方法如提高內腔加工的光洁度,甚至镀银抛光等工艺均可达到提高Qo的目的。

  (2)适当提高工作磁场的大小,使工作点上移。在保持阳极电流不变的前提下,阳极工作电压会有适量的增大,但总效率却大大地提高了。目前国内外在2450 MHz频段的CW 磁控管的效率已从72%左右提高到了78%~82% 左右,这不能不说是一个巨大的进步。

结语

  以上讨论的脉冲磁控管与CW 磁控管效率差异,尽管是定性的推测,但与实际情况是符合的。如果利用先进的粒子模拟软件分别对不同耦合度β、不同脉冲宽度τ、不同的功率Po、不同的磁场B 及阳极电压Va

  等参数进行粒子模拟,计算电子导纳及电子效率ηe,这样就能从理论高度上去理解两个不同工作状态下的效率差异以及真实的原因所在。这一工作是很有意义的,有条件时将继续完成这一工作。

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