磁控管效率偏低及阳极电流失控现象的机理分析

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

  本文针对某CW磁控管在研发过程中出现暗电流偏大,效率偏低及有时会发生电流失控等现象进行了理论分析,采取了相应措施后,暗电流大大减小,工作效率大大提高。

  在某型号CW 磁控管研发过程中,发现暗电流明显偏大,工作效率偏低,热测时还会出现电流突然失控的现象。经过一段时间的摸索,并从磁控管工作机理上进行分析,终于找到了产生上述现象的主要原因。在针对性措施下,彻底解决了上述问题,使效率得到了有效提高。后来发现另一波段的CW磁控管也存在类似现象,因此真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为本文的分析具有普遍指导性。

1、暗电流对管子效率的影响

  1.1、暗电流过大

  暗电流通常指管子在截止状态下,磁控管内出现的非正常电流,从图1中可以看出,威特管与松下管之间存在着较大差别。当Va 时,阳极电流Ia=0,这是由截止磁场决定的,如图2中曲线1所示。但实验中发现这时管内并非处于截止状态,而出现了随阳极电压Va增加而增大的阳极电流Ia,如图2中曲线2所示的电流波形,实验测得波形如图3所示。

磁控管效率偏低及阳极电流失控现象的机理分析

图1 暗电流与阳极电压关系曲线 图2 Va 时的电流曲线 图3 实测的电流波形

  1.2、经纠偏后的暗电流

  通过阴极装配对中纠偏可以达到与松下管相近的暗电流水平,数据从略。

2、非工作电流占总电流的比重

  从测试中得到,当阳极平均电流为100mA时峰值阳极电流为560mA,其中漏电流约为120mA,占总峰值阳极电流约为21%,这一比例是相当高的。由于管子已经起振,己不再是截止状态,因此这一未形成电子轮辐,但已构成打上阳极的电流,称其为非工作电流,以便与截止状态下的暗电流相区别。

3、磁控管效率低与工作电流不稳定的初步分析

  综上所述,管子目前存在的两个主要问题似乎可从上述实验及结果中得到初步解释:

  (1)从式(10)可见,只有Ia1才是真正构成主模振荡,并产生输出功率的有效工作电流,而且Ia1 <Ia;

  (2)从式(10)可见,除了Ia1在输出功率中起贡献外,其余几项电流中,只有Ia3还能在输出功率中起到一些贡献,它还取决于高模耦合度的大小,其余几项均无法在输出功率中作出任何贡献。

  (3)由于主模与高模的同时存在,大大降低了电子效率。

  (4)这些无贡献项的阳极电流,一方面会使效率降低,另一方面这些打到阳极上的无用电流却构成了阳极的温升,温升高低取决于电流的大小。

  (5)此外,主模及高模振荡时产生的高频电流i1,i2同时使阳极产生功率耗散,最终导致阳极的温升,这些温升与阳极电流产生的温升相互叠加,导致了阳块温度的急剧上升。

  (6)效率降低与温升提高是同时产生的,尤其是当管内材料真空性能不好或管内真空度不理想时,这种温升会促使材料放气,从而产生电流不断增大的不稳定现象。

  (7)在上述电流中,工作电流Ia1是由阳极电压Va和工作磁场B 共同决定的,尽管工作特性中工作点的动态电阻很小,但仍受电压与磁场所控制,属可控电流,而其它非工作电流则为不可控电流,影响它们的因素很多,而且也比较复杂的,但归根到底可归结为:阳极的过度温升,材料的放气,真空度的不理想。

4、结论

  从以上分析及实验中可以看到,暗电流偏大及工作时的非工作电流偏大是由于下述原因造成的:

  ① 阴极装配时的偏心或倾斜;

  ② 轴向磁场偏离轴线从而产生了径向磁场分量;

  ③ 端帽的电子发射。

  因此,只要针对上述几个问题妥善解决,就能使暗电流及非工作电流大大减小,而使磁控管的工作效率大为提高。

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