Метод контроля параметров эмиссионных материалов СВЧ устройств в процессе их производства и эксплуатации

• Автор: Королев, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА I. ЭМИССИОННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ КАТОДНЫХ.МАТЕРИАЛОВ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ

НА ПАРАМЕТРЫ СВЧ УСТРОЙСТВ

1.1 Связь параметров СВЧ приборов с эмиссионной неоднородностью катодных материалов
1.2 Исследование поверхности эмиссионных материалов методом эмиссионной микроскопии

1.3 Уравнение токоотбора с учетом эмиссионной неоднородности

1.4 Методы определения эмиссионной неоднородности

ГЛАВА П. ЭМИССИОННО-СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭМИССИОННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ КАТОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1 Некорректные задачи

2.2 Определение эмиссионной неоднородности методом регуляризации

2.3 Определение эмиссионной неоднородности методом_Фурье преобразования

2.4 Определение распределения форм-фактора_автоэмиссионных наноструктур
2.5 Аппроксимация экспериментальных данных на равномерные сетки
ГЛАВА Ш. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ЭМИССИОННО-СтКГРАЛЬНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ГЛАВА IV. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭМИССИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Алгоритм определения параметров бимодальных нормальных распределений
4.2 Алгоритм определения параметров трех модальных.нормальных распределений
ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОЭМИССИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЭМИССИОННО-СПЕКТРАЛЬНЫМ МЕТОДОМ
5.1 Исследование поверхности оксидного материала в процессе активирования
5.1.1 Моделирование процесса вакуумно-термической обработки
5.1.2 Исследование процесса активирования оксидных катодов эмиссионно-спектральным методом
5.2 Исследование процесса отравления гексаборида лантана
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Анализ научных публикаций [1-12] показал - параметры и успешное функционирование СВЧ устройств, используемых в радиолокации и радионавигации, приемо-передающих СВЧ устройств космической связи зависят от эмиссионной неоднородности катодных материалов используемых в этих устройствах.
Эмиссионная неоднородность материалов приводит к снижению токоотбора и как следствие, к снижению выходной мощности, неравномерной тепловой нагрузке на коллектор и снижению КПД приборов. Пространственное распределение эмиссионной неоднородности катодных материалов приводит к возбуждению “паразитных” видов колебаний и увеличению шума, что отрицательно сказывается на характеристиках СВЧ устройств и их серийной пригодности [13-26].
Очевиден и интерес к разработке метода исследования поверхности эмиссионных материалов в условиях, когда применение традиционных методов, таких как OGE, SIMS, LEED невозможно, например, когда окружающая среда отрицательно сказывается на работоспособности исследовательского оборудования, при воздействии радиации или ионной бомбардировки. Разработка оперативного метода определения эмиссионной неоднородности катодных материалов, позволяющего контролировать качество СВЧ устройств на всех этапах их производства и эксплуатации, является актуальной задачей, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа.
Целью диссертационной работы является разработка оперативного нераз-рушаемого метода определения эмиссионной неоднородности катодных материалов в процессе их вакуумно-технологической обработки и эксплуатации, позволяющего контролировать и прогнозировать выходные параметры СВЧ устройств различного назначения.
Цель достигается путём:
- обоснования выбора наиболее информационного параметра, характери-

зующего состояние эмиссионного материала в СВЧ приборах (клистронах, клистродах, лампах бегущей и обратной волны и т.д.);
- разработки математической модели исследования термоэмиссионного материала с учетом эмиссионной неоднородности;
- моделирования влияния погрешности регистрирующей аппаратуры на результат определения эмиссионной неоднородности и разработки метода интерпретации эмиссионного спектра катодных материалов СВЧ устройств;
- разработки программно-аппаратного комплекса для измерения эмиссионной неоднородности катодных материалов;
- проведения анализа результатов экспериментальных исследований эмиссионных материалов, используемых в современных СВЧ устройствах.
Научная новизна диссертации заключается в том, что впервые:
1. Предложено уравнение токоотбора с учетом эмиссионной неоднородности. По своей структуре уравнение токоотбора является интегральным уравнением Фредгольма 1-го рода, содержащее под знаком интеграла произведение двух функций - ядра, отражающего свойства электроннооптической системы (ЭОС) и второй сомножитель, отражающий эмиссионные свойства материала (ТЭМ) — статистическую функцию распределения работы выхода (ФРРВ) поверхности катода;
2. Показано, что обратная задача - определение ФРРВ из результатов эмиссионных испытаний является некорректной. В результате традиционное решение задачи - определение ФРРВ эмиттера из результатов эмиссионных испытаний, может сколь угодно сильно отличаться от истинного значения. Для обеспечения устойчивости решения и его сходимости к точному решению при погрешности регистрации исходной информации, стремящейся к нулю, использована априорная информация об искомом решении — его положительность, ограниченность решения вместе с его производными;

Появившиеся в последние годы методы обработки изображений, такие как цифровая соляризация, психоделика, эрозия позволили по новому взглянуть на изображение в эмиссионном микроскопе и показать границы расположения тех или иных химических соединений на поверхности. Ниже, на рисунке 10, приведен ряд таких результатов
Рисунок 10 - Психоделика, эрозия и гистограмма эмиссионного изображения поверхности импрегнированного катода в процессе активирования [67].