Снижение флуктуаций электронной эмиссии металлопористого катода ламп бегущей волны

• Автор: Сахаджи, Георгий Владиславович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Выбор направления исследований по улучшению характеристик ЛЕВ

1.1 Основные параметры и источники шумов ЛБВ

1.2 Виды источников электронов ламп бегущей волны

1.3 Конструкции и технологии изготовления металлопористого катода

1.4 Характеристики катодов

1.5 Выводы

2 Теоретические исследования физико-химических процессов в ЛБВ

2.1 Фазовые превращения в алюминатных катодах

2.1.1 Равновесное состояние
2.1.2 Неравновесное состояние
2.1.3 Эмиссионные свойства катода
2.2 Формирование газовой фазы при откачке ЛБВ
2.2.1 Модель состава газовой фазы при откачке ЛБВ
2.2.2 Потоки составляющих и компонентов
2.2.3 Условия активирования катодов и образования соединений
2.3 Травление и рост зародышей ВаО на поверхности МПК
2.4 Рост зерен оксида бария на поверхности сложных оксидов
2.5 Процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом МПК
2.6 Выводы
3 Экспериментальные исследования модифицированных катодов
3.1 Методика экспериментальных исследований
3.1.1 Методика лазерной гравировки катодов
3.1.2 Методика исследований морфологии, структуры и состава катодов
3.1.3 Методика измерений эмиссионных характеристик
3.2 Исследование режимов лазерной микрогравировки катодов
3.3 Исследование морфологии, структуры и состава образцов
3.4 Исследование эмиссионных характеристик катодов
3.4.1 Определение работы выхода
3.4.2 Определение эмиссионной способности
3.5 Выводы
4 Опытно-промышленная проверка результатов работы
4.1 Исследование характеристик опытной ЛБВ
4.2 Отработка технологии заливки подогревателей с использованием
вибрационного приспособления
Заключение
Приложение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Наряду с полупроводниковыми приборами СВЧ, магнетронами, клистронами, лампы бегущей волны (ЛБВ) крепко заняли свою нишу в СВЧ электронной аппаратуре. Более 50% объема продаж всех СВЧ - ламп составляют ЛБВ.
Тенденции развития вакуумной электроники в жесткой конкуренции с твердотельными приборами приводят к необходимости улучшения параметров ЛБВ: увеличение мощности до 10 кВт, долговечности до 200000 часов, диапазона частот до 1012 Гц и более, снижение шумности на 10 дБ. Без улучшения параметров металлопористого катода (МПЬС) данные требования не реализуемы.
Одним из основных преимуществ ЛБВ является низкий уровень шумов, что обеспечивает их долговременную конкурентоспособность с полупроводниковыми СВЧ приборами. Вопросы увеличения мощности, токоотбора с катода, долговечности ЛБВ рассмотрены в литературе достаточно подробно, однако проблемы снижения степени неоднородности эмиссии и снижения флуктуации эмиссионного тока освещены недостаточно. В основном рассматриваются конструктивные изменения электронной пушки для частичного снижения влияния неравномерности эмиссии на параметры прибора.
Основными источниками шумов являются тепловые и структурные флуктуации эмиссии МПК, а также паразитные ионные токи и токи утечки. На неоднородность эмиссии МПК влияет множество факторов, скрывающихся как в процессах, протекающих при изготовлении приборов, так и в технологических процессах производства МПК: микроокисления, микрогидратация,
неравномерное расположение открытых пор, структура эмитирующей поверхности, неоднородность температуры и работы выхода электронов с поверхности МПК. Для качественного улучшения эмиссионных характеристик катодов и параметров ЛБВ необходимо разработать новую технологию и конструкцию МПК.

Соотношение между напряжением и током в ограниченном пространственным зарядом диоде может быть определено законом Чайлда-Ленгмюра для потока электронов. Для диода этот закон обычно записывается в виде 1=Р V3'2, где /=.74, А - площадь катода, а Р - первеанс электродной системы, равный Р=2,3310~6А/с? для плоскопараллельного диода с расстоянием катод-анод б.
Первеанс зависит только от геометрических параметров диода. Для всех ограниченных пространственным зарядом диодов любой геометрической формы (плоских, цилиндрических, сферических и т.д.) справедливо выражение 1-РУ3/2, в котором первеанс зависит от используемой геометрии [75].
В предыдущем обсуждении и анализе предполагалось, что начальные скорости электронов, когда они эмитируются, равны нулю. На самом деле электроны эмитируются с разбросом начальных скоростей. Если бы электрическое поле было равно нулю на поверхности катода, то все эмитируемые электроны были бы в состоянии покинуть поверхность, и тогда наступило бы насыщение эмиссии (соответствующее полной термоэмиссионной способности катода). На практике эмиссия, ограниченная пространственным зарядом, намного меньше эмиссии насыщения. Это связано с присутствием большого количества электронов, создающих минимум потенциала в непосредственной близости к эмитирующей поверхности катода. Напряжение на этом минимуме потенциала всего на несколько вольт ниже потенциала катода. Но только электроны с наибольшими энергиями могут преодолеть этот потенциальный минимум и пройти на анод. Электроны с меньшими энергиями возвращаются на катод [76, 77, 78, 79]. Увеличение напряжения на аноде приводит к увеличению тока, что уменьшает глубину минимума потенциала и сдвигает его ближе к катоду. По мере того как У приближается к плотности тока насыщения /0, бУ/бх приближается к нулю на поверхности катода. Если напряжение продолжает расти дальше, то ток будет ограничен плотностью тока насыщения и режим ограничения пространственным зарядом перейдет в режим насыщения [80].