автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Разработка магнетрона миллиметрового диапазона с улучшенными эксплуатационными характеристиками

На правах рукописи

БУЛДАКОВ Евгений Ильич

РАЗРАБОТКА МАГНЕТРОНА МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С УЛУЧШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность: 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005046397

Саратов 2012

005046397

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» и в Открытом акционерном обществе «Тантал»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Захаров Александр Александрович

Официальные оппоненты: Зоркин Александр Яковлевич,

доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., профессор кафедры «Электронное машиностроение и сварка»

Семенов Владимир Константинович,

кандидат технических наук,

лауреат Государственной премии,

ОАО «НПП «Контакт», г. Саратов,

заместитель главного инженера по научной работе

Ведущая организация: Национальный исследовательский

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Защита состоится 04 июля 2012 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая 77, СГТУ, корп.З, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Автореферат разослан «24» мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Димитрюк А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современная техника СВЧ характеризуется большим разнообразием типов генераторов. Среди электровакуумных приборов заметное место занимает магнетрон - один из старейших типов генераторов, обязанный своим долголетием постоянному совершенствованию конструкции и технологии изготовления, достижению все более высоких параметров.

Обширной областью СВЧ-техники, где используются преимущественно магнетроны, являются компактные радиолокационные станции (PJIC) различного назначения. Принципиальные преимущества и достоинства использования магнетронов миллиметрового диапазона длин волн при создании нового поколения радиолокационных станций обусловлены, в первую очередь, возможностями получения при ограниченной апертуре антенны высокой разрешающей способности по различению объектов и целей в обзорной зоне благодаря более выгодному, чем у других приборов, отношению мощности выходного сигнала к массе прибора. Создание мощных приборов миллиметрового диапазона обеспечивает эффективное наблюдение на дальностях до 5-10 км.

Исследованию миллиметровых магнетронов и улучшению их эксплуатационных характеристик и выходных параметров посвящены работы известных отечественных и зарубежных ученых: М.А. Фурсаева, В.А. Адамовича, В.П. Еремина, А.Я. Усикова, A.A. Гурко, В.Б. Байбурина, В.Д. Науменко, В.Д. Еремки, M.J. Bernstein, N.M. Kroll, Р.Г. Робертшоу, В. Е. Уилшоу и др.

Вопросы дальнейшего увеличения надежности, КПД, улучшения массогабаритных параметров, повышения эксплуатационной эффективности, в том числе экономической (снижение затрат на час эксплуатации) недостаточно изучены. Невозможность строгого аналитического решения основных уравнений приводит к необходимости использования численных методов решения и проведения исследований физических эффектов методами компьютерных и физических экспериментов.

Исходя из вышеизложенного, проблема создания мощных импульсных миллиметровых магнетронов КВЧ с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками, предназначенных для работы в современных передатчиках PJIC, является актуальной в настоящее время.

Цель работы: разработка магнетрона миллиметрового диапазона, предназначенного для работы в передатчиках современных радиолокационных станций, с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Поиск путей увеличения КПД магнетрона 2-миллиметрового диапазона.

2. Увеличение долговечности магнетрона до 2000 часов.

3. Снижение температуры электродов для повышения их надежности.

4. Уменьшение массогабаритных характеристик магнетрона.

5. Повышение воспроизводимости параметров магнетронов в условиях производства.

6. Разработка экспериментальных образцов магнетронов на основе полученных результатов расчетов и исследований.

Методы и средства исследований. При выполнении данной работы использованы основы теории вакуумной СВЧ-электроники, современные методы теоретического и экспериментального исследований и средства компьютерного моделирования. Решения задач оптимизации в условиях малой изученности теории миллиметровых магнетронов поверхностной волны, работающих в режиме синхронизации электронного потока с пространственными гармониками, базируются на экспериментальных данных и известных положениях теории приборов М-типа.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью применяемых математических моделей, их адекватностью по известным критериям оценки изучаемых процессов взаимодействия электронов с СВЧ-полем; хорошим совпадением полученных теоретических результатов с данными эксперимента, а также с результатами измерений созданных магнетронов на поверенной и аттестованной аппаратуре и совпадением с результатами, полученными другими авторами в области разработки магнетронов миллиметрового диапазона, опубликованными как в России, так и за рубежом.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

Разработана конструкция магнетрона 2-миллиметрового диапазона длин волн, предназначенного для работы в передатчиках современных радиолокационных станций, с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками. При этом установлено:

- нанесенное на медные ламели вольфрамовое покрытие толщиной 20 мкм повышает надежность резонаторной системы и увеличивает долговечность мощных импульсных магнетронов до 1000 и более часов;

- оптимально подобранные значения толщины (ширины) ламели /л, шага резонаторной системы Ь позволяют повысить КПД магнетрона 2-миллиметрового диапазона с 2,2 до 2,8-3,5%;

- корректировка геометрии резонаторной системы методом сближения резонансных частот компонент дублета рабочего вида колебаний приводит к повышению КПД, повторяемости выходных характеристик и устойчивости работы многорезонаторного магнетрона;

- разделение запускающего термокатода и вторично-эмиссионного катода не только функционально, но и конструктивно, на основной холодный и боковой вспомогательный термокатод в магнетроне 2-миллиметрового диапазона длин волн со средней выходной мощностью 3-5 Вт позволяет снизить тепловые нагрузки на основной катод и тем самым повысить надежность и долговечность устройства.

Научная новизна работы:

1. Установлена зависимость времени разрушения анодной структуры магнетрона 2-миллиметрового диапазона в зависимости от длительности

импульса и скважности, позволившая разработать методику ускоренных испытаний таких магнетронов на безотказность.

2. Разработана электронно-оптическая система 2-миллиметрового магнетрона, обеспечивающая более высокую надежность по сравнению с аналогами и долговечность порядка 1000-2000 ч.

3. На основе метода совмещения резонансных частот компонент дублета рабочего вида колебаний многорезонаторного магнетрона, сущность которого заключается в изменении геометрии выходного резонатора или изменении геометрии других резонаторов, определенных специальным образом, проведена оптимизация резонаторной системы, которая привела к повышению повторяемости выходных характеристик на 20-30% и устойчивости работы многорезонаторного магнетрона.

4. Впервые предложена адаптированная к серийному производству конструкция 2-миллиметрового магнетрона со средней выходной мощностью 35 Вт для передатчиков современных РЛС с металлосплавным вторично-эмиссионным катодом и боковым термокатодом, обеспечивающая долговечность более 1000 часов, с улучшенными массогабаритными характеристиками.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований и компьютерного моделирования разработана ЭОС магнетрона, обеспечивающая высокий уровень КПД. Апробирована технология нанесения тугоплавкого материала на теплонагруженные элементы конструкции для их защиты от эрозионного разрушения, не оказывающая значимого влияния на электродинамические характеристики резонаторной системы, позволившая повысить долговечность магнетрона. Увеличение КПД позволило снизить подводимую мощность и уменьшить массогабаритные характеристики источника питания. Использование средств компьютерного моделирования и разработанных конструктивно-технологических решений позволило улучшить массогабаритные характеристики магнетрона.

Результаты исследований и экспериментов использованы при разработке 2-миллиметровых магнетронов и позволили создать опытный образец магнетрона, отвечающего всем современным требованиям, предъявляемым к приборам подобного типа и класса, с характеристиками, превосходящими аналоги. Изложенный научный материал также может быть использован в учебном процессе вузов, ведущих подготовку специалистов по специальности 21010565 «Электронные приборы и устройства», а также по направлениям «Электроника и микроэлектроника» и «Электроника и наноэлектроника» (21010062 и 21010068).

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре «Электронные приборы и устройства» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. и в ОАО «Тантал». Результаты диссертационной работы докладывались на: научно-технической конференции «Электроника и вакуумная техника: Приборы и устройства. Технология. Материалы» (Саратов, 2009), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009,

2010), Всероссийской молодежной выставке-конкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций (Саратов, 2009), 9-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2010), XVII координационном научно-техническом семинаре по СВЧ технике (Нижний Новгород, 2011), VII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2012).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, опубликованы в 11 печатных работах (статьях, текстах докладов), в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, проведении численных расчетов, необходимых для интерпретации результатов экспериментальных исследований. Представленные экспериментальные исследования проведены автором. Обсуждения полученных теоретических и экспериментальных результатов проводились совместно с соавторами научных статей. Автору диссертации принадлежит разработка основных направлений конструирования и технологии изготовления экспериментальных макетов и опытно-конструкторских образцов магнетронов. Расчеты и компьютерное моделирование проводились совместно с научным руководителем, а также с В.П. Ереминым и A.B. Ершовым.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения, изложена на 156 страницах, содержит 56 рисунков, 19 таблиц, список использованной литературы включает 169 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и решаемых проблем, изложена научная новизна. Сформулированы цель и задачи исследований, отражена практическая значимость полученных результатов, представлена апробация работы и приведены основные научные положения.

Первая глава посвящена обзору и анализу литературы по тематике исследований. Уровень энергетических параметров, требуемый во многих применениях диапазона миллиметровых волн, определяет актуальность необходимости улучшения эксплуатационных и энергетических характеристик электровакуумных приборов, в том числе магнетронов миллиметрового диапазона.

При больших уровнях мощности ЭВП являются в настоящее время единственными источниками электромагнитных колебаний во всех областях оборонного и коммерческого применения. Важность создания электронных приборов с широким интервалом реализуемых СВЧ-характеристик в этом диапазоне связана с интенсивным развитием радиолокационных и радионавигационных высокоточных систем нового поколения, современного телекоммуникационного высокоскоростного оборудования, многих направлений научного приборостроения, а также с исследованиями в области ядерной физики, развитием новых технологических методов при обработке и

синтезе материалов и т.д. Стремление создать ЭВП с меньшими размерами и массами, с низкой себестоимостью является одним из основных в настоящее время при разработке всех классов приборов. Достижение этой цели базируется на внедрении новых решений, позволяющих упростить конструкцию приборов и усовершенствовать технологию их изготовления.

Результаты проведенных многолетних исследований и разработок новых образцов многорезонаторных магнетронов в различных точках диапазона ММВ показали, что применение холодных вторично-эмиссионных катодов открывает новые перспективы для приборов М-типа с большим сроком службы.

Из приведенного обзора приборов миллиметрового диапазона длин волн можно видеть, что магнетрон остается одним из лучших вакуумных СВЧ-приборов по таким параметрам как КПД и отношению мощности выходного сигнала к массе прибора. Таким образом, проблема создания мощных импульсных КВЧ-магнетронов с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками, предназначенных для работы в современных передатчиках PJIC, является актуальной в настоящее время.

Во второй главе изложены результаты проведения компьютерных расчетов с использованием методов математического моделирования и программного обеспечения, созданного A.C. Ершовым и И.К. Гурьевым. Основной целью расчетов являлся обоснованный выбор конструкции прибора, обеспечивающей следующие требования: выходная мощность не менее 4 кВт, анодный ток не более 15 А при анодном напряжении порядка 15 кВ. Учитывая то обстоятельство, что магнетроны в заданном диапазоне имеют низкий КПД, дополнительной целью расчетов являлось определение путей повышения КПД прибора.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: анализ влияния конструктивных (радиус катода), эмиссионных (максимальный коэффициент вторичной эмиссии), электродинамических (волновое сопротивление, значение собственной и внесенной добротности) и других параметров на выходные характеристики, выбор конструкции прибора, обеспечивающей максимальный КПД с учетом заданных ограничений.

Учитывая предыдущие разработки и известные аналоги, была выбрана конструкция магнетрона и проведены ее расчеты (рис. 1-3).

Р, кВт 12

la, А

10 8 6 4 2 0

т.

la, А

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика

5 10 15 20 25

Рис. 2. Зависимость выходной мощности от анодного тока

КПД. % 4

1— ■ 1 ---.

/ /

1

1 н

Рис. 3. Зависимость КПД от анодного тока

1а, А

10 15 20 25

Из рисунков видно, что выходная мощность 4-^-8 кВт достигается при анодном напряжении 14,5-И 5,5 кВ. При этом анодный ток 7-46 А, а КПД 3,4-К3,7 %. Таким образом, расчеты показали правильность выбранной конструкции. Выходная мощность более 4 кВт достигается при анодном напряжении 15 кВ, а анодный ток не превосходит 15 А. Положительным моментом данной конструкции является то, что рабочая точка находится далеко от режима срыва, что должно обеспечивать устойчивость работы прибора при различных флуктуациях параметров режима питания.

Анализ с помощью компьютерных методов показал следующее.

1. Предлагаемая конструкция обладает работоспособностью в соответствии с заданными техническими условиями.

2. В данной конструкции обеспечивается стабильная устойчивость работы прибора при флуктуациях параметров режима питания.

3. Найдены пути совершенствования конструкции прибора с целью повышения КПД (рис. 4-6). К ним относятся: уменьшение волнового сопротивления; увеличение индукции магнитного поля; подбор радиуса катода; увеличение собственной добротности; уменьшение внесенной добротности.

При этом открываются возможности увеличения КПД прибора до значений 5-6% при сохранении основных требований к конструкции.

Рис. 4. Зависимость КПД от коэффициента вторичной эмиссии

Рис. 5. Зависимость КПД от собственной добротности резонаторной системы

Рис. 6. Зависимость КПД от внесенной добротности

800 1200 1600 2000 2400 2800 3200

добротн.вн.

В третьей главе на основе проведенного анализа осуществлен выбор оптимальных параметров электронно-оптической системы магнетрона, обеспечивающей высокий КПД.

В первом параграфе рассмотрены преимущества магнетронов миллиметрового диапазона, работающих в режиме синхронизации электронного потока с высшими пространственными гармониками л-вида, перед п -видными магнетронами, а также особенности электронно-волнового взаимодействия таких магнетронов.

Второй параграф посвящен результатам измерений параметров негенерирующих магнетронов («холодным» измерениям). Приведены результаты исследования макета магнетрона на низком уровне мощности. Замерена и исследована дисперсионная характеристика замедляющей системы. Рассмотрены элементы конструкции, влияющие на смещение частоты рабочего вида колебаний в процессе сборки и пайки магнетрона, приведены количественные и качественные иллюстрации этих уходов от положения анодных экранов, толщины ламелей, изменений, вносимых катодом. Рассмотрено влияние неоднородностей резонаторной системы на «холодные» параметры магнетронов. Измерены параметры рабочего вида и соседних видов колебаний, резонансные частоты этих видов колебаний и добротности (90, 9ВН), что позволяет при наличии достаточного опыта изготовления магнетронов прогнозировать их рабочие характеристики (величину КПД, токи начала генерации и токи срыва рабочего вида колебаний). Исследовано распределение ВЧ-полей в резонаторной системе магнетрона, которое составляет важный этап в процессе разработки.

В третьем параграфе рассмотрен вопрос обеспечения доминации рабочего вида колебаний над конкурирующими видами. Успешное решение этого ключевого вопроса обеспечивает существование рабочего вида колебаний в максимально широкой области магнитных полей и анодных токов, что дает необходимую свободу маневра при выборе рабочей точки и позволяет реализовать на рабочем виде колебаний максимальный КПД электронно-волнового взаимодействия.

Одним из способов обеспечения доминации рабочего вида колебаний в магнетронах поверхностной волны является правильный выбор параметра

где Ь - шаг замедляющей (резонаторной) системы; ^ - толщина ламели; (Ь - /л) - ширина СВЧ-промежутка.

Параметр ц является одной из основных характеристик пространства взаимодействия магнетрона, взаимно связывающий важные конструктивные параметры.

Доказано, что путём целенаправленной регулировки значения ц всегда можно ослабить негативное влияние конкурирующих видов колебаний, усилив доминацию рабочего вида. Проведенная работа по оптимизации параметров замедляющей системы разрабатываемого магнетрона 2-миллиметрового диапазона позволила повысить КПД с 1,8-2,2 до 3,4 %.

В четвертом параграфе рассмотрен эффективный способ оптимизации выходных параметров не я-видных магнетронов, заключающийся в максимальном сближении резонансных частот компонент дублета рабочего вида колебаний. Как известно, разнос этих частот определяется величиной реактивности, вносимой в выходной резонатор выводом энергии.

Негативную роль реактивности, вносимой выводом энергии в выходной резонатор, можно пояснить следующим образом. Изменение собственной частоты выходного резонатора приводит и к изменению резонансной частоты вида колебаний в целом. Новой резонансной частоте вида колебаний будет соответствовать и новый сдвиг фазы на ячейку в неискаженной части резонаторной системы (в соответствии с дисперсионной характеристикой), а на искаженном выходном резонаторе происходит скачок фазы ±у/, дополняющий полное изменение фазы по окружности анода до значения 2жп. Таким образом, условие резонанса азимутально-симметричной системы <раЫ = 2ш трансформируется в новое условие резонанса <р'Ы ±у/ = 2лп, где <р„ - сдвиг фазы на ячейку резонаторной системы на резонансной частоте вида колебаний в магнетроне с идеальной азимутальной симметрией; <р'- сдвиг фазы на ячейку резонаторной системы на резонансной частоте вида колебаний в неискаженной части системы магнетрона с локально нарушенной азимутальной симметрией; N - число резонаторов магнетрона; п - номер вида колебаний; ± у/ - скачок фазы на искаженном резонаторе.

По мере возрастания вносимой в выходной резонатор дополнительной реактивности и соответствующего возрастания скачка фазы у/ условие замкнутости электронного потока {<рМ = 2т) все более нарушается, что ведет к снижению электронного КПД, а при у/->±к электронно-волновое взаимодействие становится невозможным. Поэтому при большой величине ц/ следует принимать меры по компенсации вносимой реактивности.

Суть метода сближения резонансных частот компонент дублета рабочего вида колебаний заключается в том, что собственная частота выходного резонатора, отстроенная вносимой выводом реактивностью, возвращается на свое первоначальное место изменением геометрии выходного резонатора или изменением геометрии других резонаторов, определенных специальным образом, что может быть реализовано в большинстве случаев (рис. 7).

Рис. 7. Пример некоторых способов изменения геометрии резонатора

В результате достигается электродинамическая азимутальная симметрия анода, минимизирующая частотный разнос компонент дублета и ликвидирующая скачок фазы на выходном резонаторе. Если же такая компенсация не произведена, то реализация максимально возможных значений выходной мощности и КПД затруднена и порой не достижима.

Экспериментально доказано, что приближение частоты /' нагруженной составляющей к частоте /о ненагруженной составляющей дуплета до получения минимально возможного частотного разноса компонент дублета приводит к росту КПД магнетрона 2-миллиметрового диапазона длин волн

0.004.

/о

Таким образом, в третьей главе собраны результаты исследований и экспериментов, позволяющие при разработке магнетронов миллиметрового диапазона сократить объем натурных проб и проводить оптимизацию электронно-оптической системы магнетронов еще на стадии проектирования.

Четвертая глава посвящена вопросам конструирования магнетронов 2-миллиметрового диапазона и проблемам обеспечения высокой долговечности.

В первом параграфе рассмотрены конструкторско-технологические проблемы разработки и проектирования миллиметровых магнетронов. Первый серийно выпускаемый магнетрон 2-миллиметрового диапазона был разработан еще 30 лет назад и имел долговечность 200 часов. После модернизации его долговечность была увеличена до 500 часов.

Разработка 2-миллиметровых магнетронов с долговечностью 1000-2000 часов, сравнимой с долговечностью более длинноволновых магнетронов, является сложной конструкторско-технологической проблемой. Для ее решения найдено и реализовано два принципиальных решения:

1. Конструктивное выполнение резонаторных систем (РС) магнетронов сделано по схеме магнетронов поверхностной волны (работа на гармонике одного из видов колебаний РС). Такая схема построения РС магнетронов позволяет в 1,5-2 раза увеличить размеры конструктивных элементов РС и существенно облегчить тепловые режимы анода и катода.

2. Главное решение, которое было предложено и реализовано в 2-миллиметровых магнетронах, - это новая структура пространства взаимодействия магнетрона (рис. 8). Разделение запускающего термокатода и вторично-эмиссионного катода не только функционально, но и конструктивно, на основной холодный и боковой вспомогательный термокатод позволило

снизить тепловые нагрузки на электроды и повысить их надежность и надежность магнетронов в целом (табл. 1).

Рис. 8. Конструкция пространства взаимодействия: 1- вторично-эмиссионный катод; 2 - анодные ламели; 3 - катод инжекторной пушки

Таблица 1 - Сравнительные характеристики катодов

Тип катода Материал Рабочая температура, °С Долговечность, ч

Термоэлектронный, металлосплавной 1гЬа 1350-1400 500-1000

Термоэлектронный, импрегнированный - 1100-1200 <500

Вторично-эмиссионный, металлосплавной ПВа 700-900 >2000

Во втором параграфе рассмотрен вопрос обеспечения надежности анодной системы. Первые предварительные расчеты и эксперименты показали, что предъявляемые к магнетрону требования близки к предельно возможным, так как наряду с другими заданы жесткие требования по средней мощности, по анодному напряжению, по долговечности.

Традиционным материалом, который используется для изготовления анодных систем, является медь. Тепловые нагрузки на аноде рассматриваемых магнетронов настолько велики (порядка 2000 Вт/см2 или 2400000 Вт/см2 в импульсе), что заданная долговечность 2000 часов может быть получена только при условии защиты поверхности анода тугоплавкими материалами.

По специальной методике проведен расчет времени разрушения материала ламелей анода магнетрона в зависимости от геометрии ламелей, используемого материала, длительности импульса, скважности, неравномерности бомбардировки поверхности электронами (табл. 2). Методика позволяет с удовлетворительной точностью прогнозировать долговечность анодной структуры.

Таблица 2 - Расчетные данные по долговечности для медных и вольфрамированных ламелей на разных скважностях при трех коэффициентах неравномерности бомбардировки

Скажность - С} (Длительность импульса 75 не) Продолжительность работы до разрушения материала анода - Д (ч)

Си без \Упокр Си с \Упокр

Кнеравн-1,5 Кнеравн 1,5 Кнеравн 2,0 Кнеравн

3000 -0,31 2,67-106 9,7-103 -8,76

2000 -0,19 1,24-106 5,04-103 -5,07

700 -0,04 67,3-103 476,9 -0,82

Специфика магнетронов миллиметрового диапазона потребовала модернизации существующей технологии нанесения защитного покрытия. Покрытие на ламелях должно быть тонким, не более 25 мкм, чтобы не ухудшать электродинамику резонаторных систем, но не менее 10 мкм, чтобы обеспечить необходимую термомеханическую прочность; покрытие должно иметь прочное сцепление с подложкой. Благодаря разработанной технологии стойкость ламелей к электронной эрозии была повышена на несколько порядков, что позволило повысить надежность и долговечность магнетрона.

Одним из вопросов, требовавших проработки, стояло требование исследовать возможность изменения рабочей длительности импульсов до 50 не и до 130 не (номинальная заданная длительность составляет 75 не, скважность 1250). Расчетные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчетные данные по долговечности при различной длительности импульса

Длительность импульса т, не Долговечность, ч

50 4514

75 2604

130 1,7

На основе расчетов и результатов экспериментов была разработана методика ускоренных испытаний, сокращающая время прогонов на безотказность на два порядка.

Внедрение технологии вольфрамирования ламелей в магнетронах 2-миллиметрового диапазона длин волн позволило создать магнетроны с выходной импульсной мощностью 5-8-10,5 кВт, работоспособных при скважности от 3000 до 500 ед. При этом благодаря защите анода и специальной конструкции катода с жидкостным охлаждением получена долговечность в режиме генерации от 500 до 2000 ч.

В третьем параграфе рассмотрена технология изготовления резонаторной системы магнетронов. Для получения повышенной точности изготовления был использован электроискровой комплекс с лазерным слежением за перемещением режущего инструмента, созданный на базе собственных разработок в ОАО «Тантал». После тщательной отработки конструкции, технологии сборки комплекса, создания условий его функционирования (исключение вибрации рабочего стола и инструмента, обеспечение чистоты рабочего помещения с точки зрения пыли и влаги, создание специальной

технологической оснастки) удалось обеспечить повторяемость изготовления деталей резонаторных систем в пределах 0,1-0,2 мкм. Кроме того, удалось реализовать трёхпроходный процесс изготовления профиля резонаторных систем, что позволило повысить чистоту обработки поверхности на 2-3 класса. Использование нового, оригинального электроискрового комплекса позволило получить ранее не достижимую повторяемость частоты магнетронов от экземпляра к экземпляру в пределах +30-50 МГц.

В четвертом параграфе рассмотрены вопросы повышения надежности катодного узла. Для изготовления катодов большинства магнетронов, в том числе и магнетронов 3-миллиметрового диапазона, принята технология шовной сварки эмиттера (ленты из сплава Р1Ва или Рс1Ва) с молибденовым керном и с теплоотводом на внешний радиатор, обдуваемый воздухом. Для магнетронов 2-миллиметрового диапазона была использована новая технология по следующим причинам. Тепловая нагрузка (до 100 Вт/см2 ) на катод в разрабатываемом магнетроне в 5 раз выше, чем в существующих магнетронах 3-миллиметрового диапазона, а эмиссионная нагрузка (100 А/см2) - в 2 раза выше. Из-за этого технология шовной сварки оказалась непригодной, и пришлось искать новые решения.

Рис. 9. Шлиф катода, изготовленного методом шовной сварки ленты из Р<ЗВа с керном, и катод после нескольких часов работы

Для обеспечения эрозионной стойкости катода (при импульсной нагрузке 110 кВт/см2) и надежности в течение долговечности более 2000 часов применена технология создания слоистого катода (рис. 10).

шц

ЙШ1

Рис. 10. Катод, эмиттер которого сварен из пластин РёВа, после нескольких часов работы

Необходимое количество пластин из сплава Р1Ва толщиной 0,1 или 0,2 мм сваривались между собой и с молибденовым держателем, а узел дорабатывался на токарном станке по внешним размерам.

Такая конструкция, как показали испытания, оказалась более эффективной по сравнению с ленточным эмиттером, наваренным на керн, так как весь объем катода заполнен эмиссионно-активным материалом, что немаловажно при возможной эрозии поверхности эмиттера. Одновременно исключается перегрев эмиттера, как это возможно при некачественной сварке ленточного эмиттера с керном, а значит, и уменьшается вероятность разрушения, что обеспечивает высокую долговечность.

В пятом параграфе представлена реализованная идея интегрированной в конструкцию магнетрона системы параллельного жидкостного охлаждения катодного и анодного узлов, находящихся под высоким потенциалом (15 кВ). Проведенные расчеты и эксперименты показали недостаточность охлаждения принудительным воздушным способом из-за высокой тепловой нагрузки и малых поверхностей обдува. В связи с этим была разработана система жидкостного охлаждения с применением керамических гидроизоляторов для электрической развязки.

В шестом параграфе описана конструкция разработанного волноводного вывода энергии с керамическим вакуумным уплотнением в круглом волноводе. В магнетронах-аналогах вместо керамики использовалась искусственная слюда в прямоугольном волноводе. Благодаря новой конструкции вывода энергии, хорошо согласованного с резонаторной системой магнетрона, появилась возможность работать при высокой выходной мощности без поддува в волновод и повысить температуру, при которой осуществляется откачка, с 400 до 550 °С.

В седьмом параграфе представлены результаты испытаний созданных образцов магнетронов на базе всех проведенных исследований и конструкторско-технологических усовершенствований.

На рис. И приведены рабочие характеристики магнетронов в номинальных рабочих режимах: длительность импульса 75 не, скважность 1250, жидкостное охлаждение с суммарным расходом 1,5 л/мин. При анодном напряжении 14-15 кВ и анодном токе 5-15 А реализуется выходная мощность 17,5 кВт. Таким образом, достигнут требуемый результат по увеличению КПД и реализации выходной мощности 4-5 кВт при анодном токе 12 А. Разработанная технология обеспечивает хорошую повторяемость.

Рис. 11. Рабочие характеристики в номинальном режиме работы магнетронов

Следует отметить, что благодаря проведенным работам по оптимизации геометрии резонаторной системы, описанным в третьей главе, удалось получить низкие начальные токи рабочего вида. В результате рабочая точка с максимальным КПД сместилась с 15 А на 12 А.

Один из магнетронов был испытан на долговечность в номинальном режиме работы. Результаты приведены на рис. 12.

Рис.12. Результаты испытаний на долговечность

Из графика видно, что первые 300 часов происходит снижение мощности на 250 Вт, далее мощность снижается незначительно, а на последней сотне часов практически не изменяется. Таким образом, можно прогнозировать, что порог в 4 кВт не будет преодолен и при дальнейших испытаниях.

В одной из конструкций магнетрона реализована задача увеличения импульсной мощности до 8-10,5 кВт без значительного увеличения анодного напряжения. Такая мощность была получена при анодных токах 17-20 А и анодных напряжениях до 16 кВ (рис. 13).

IS.» IS 14.S i: 13 li,» 10 в 4 2

...

в-''

в 1 4 • • 10 12 1* 1в 1« 20 0 2 4 • I 10 12 14 1в 18 20

М.Л k А

Рис. 13. Рабочие характеристики разработанных образцов магнетронов Таким образом, в результате проведенных исследований и экспериментов был создан опытный образец магнетрона 2-миллиметрового диапазона длин волн с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогами, а именно: подводимая мощность при одинаковой выходной мощности снижена со 175 до 140 Вт, КПД увеличен с 2,2 до 3,5%, долговечность увеличена с 500 до 2000 часов, масса снижена на 20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе в результате выполненных численных расчетов и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая

задача по созданию образцов магнетронов миллиметрового диапазона с высокими характеристиками, удовлетворяющими требованиям дальнейшего увеличения надежности и долговечности, уменьшения массы, повышения эксплуатационной эффективности, в том числе экономической (снижение затрат на час эксплуатации).

На пути решения этой задачи были получены следующие основные результаты:

- разработана конструкция резонаторной системы магнетрона 2-миллиметрового диапазона с высокими электродинамическими, теплорассеивающими и термомеханическими характеристиками и проведена оптимизация геометрии элементов резонаторных систем с целью повышения КПД магнетрона (электронного и контурного);

- показано, что оптимально подобранные значения толщины (ширины) ламели 1л, шага резонаторной системы Ь, собственной и внесенной добротности позволяют повысить КПД магнетронов 2-миллиметрового диапазона с 1,8-2,2 до 2,8-3,5%;

- показана необходимость совмещения или сближения резонансных частот компонент дублета рабочего вида колебаний многорезонаторного магнетрона, разнос которых определяется величиной реактивности, вносимой в выходной резонатор выводом энергии. Предложен метод сближения, сущность которого заключается в изменении геометрии резонаторов, определенных специальным образом, в результате чего достигается электродинамическая азимутальная симметрия анода, минимизирующая частотный разнос компонент дублета и ликвидирующая скачок фазы на выходном резонаторе;

разработана электронно-оптическая система 2-миллиметрового магнетрона с основным холодным и боковым вспомогательным термокатодом, обеспечивающая более высокую надежность, чем у аналогов;

- впервые разработана и реализована интегрированная в конструкцию магнетрона система жидкостного охлаждения анодного и катодного узлов, в которой одна и та же жидкость используется для охлаждения, как заземленного анода, так и высокопотенциального катода (15 кВ); выбран и реализован режим охлаждения вторично-эмиссионного катода, обеспечивающий его эрозионную стойкость в течение 2000 часов;

разработана технология изготовления резонаторных систем с погрешностью взаимного расположения конструктивных элементов (ламелей) порядка 2 мкм. Это позволило добиться повторяемости генерируемой магнетронами частоты от экземпляра к экземпляру менее 100 МГц (менее 0,1%);

разработана методика проведения ускоренных испытаний на безотказность. Данная методика позволяет с удовлетворительной точностью прогнозировать наработку приборов и сократить время испытаний;

- проведены испытания магнетрона на долговечность в течение 1000 часов. Результаты свидетельствуют о правильности выбранных конструктивно-технологических решений, которые обеспечивают работоспособность и прогнозируемую долговечность не менее 2000 часов.

Решение перечисленных вопросов позволило создать сверхнадежные на сегодняшний день магнетроны миллиметрового диапазона с минимальной наработкой на отказ не менее 2000 ч при прогнозируемой долговечности 30005000 ч с КПД 2,5-3,5%, подводимой средней мощностью 140-175 кВт при выходной средней мощности 3-5 Вт. Разработанные магнетроны превосходят аналоги по долговечности более чем в 2 раза, по КПД - в 1,5-2 раза, удобству подключения, имеют меньшую массу. Проведено внедрение полученных результатов на предприятии ОАО «Тантал», что подтверждается актом внедрения.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Булдаков Е.И. Выбор оптимальных параметров резонаторной системы магнетронов поверхностной волны / Е.И. Булдаков, В.А. Адамович, В.П. Еремин // Гетеромагнитная микроэлектроника: сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011. Вып. 11. С. 25-32.

2. Булдаков Е.И. Исследование и разработка мощных импульсных 2х мм магнетронов повышенной надежности / Е.И. Булдаков, A.A. Захаров, В.П. Еремин // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №4 (60). С. 80-86.

В других изданиях

3. Булдаков Е.И. Исследование электродинамических характеристик миллиметрового магнетрона КВЧ диапазона / Е.И. Булдаков, П.В. Ерошенко, В.П. Еремин // Электроника и вакуумная техника: Приборы и устройства. Технология. Материалы: материалы науч.-техн. конф. Саратов: ОАО «НПП «Контакт», 2009. Вып. 3. С. 33-37.

4. Булдаков Е.И. Экспериментальное определение мощности обратной электронной бомбардировки катода мм-магнетрона / И.Ш. Бахтеев, H.A. Коплевацкий, Е.И. Булдаков // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Саратов: СГТУ, 2009. Т. 1. С. 227-228.

5. Булдаков Е.И. Разработка системы жидкостного охлаждения для мощных импульсных приборов КВЧ диапазона длин волн в обеспечении радиоэлектронных систем нового поколения / Е.И. Булдаков, В.Б. Магомедов, Х.Д. Качаев // Всерос. молодежная выставка-конкурс прикладных исследований, изобретений и инноваций: сб. материалов: в 2 ч. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2009. Ч. 1. С. 7.

6. Булдаков Е.И. Методика расширения полосы синхронизации магнетрона миллиметрового диапазона / И.Ш.Бахтеев Х.Д. Качаев, Е.И. Булдаков // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы 9-й Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ, 2010. С. 331-335.

7. Булдаков Е.И. Некоторые аспекты создания надежных выводов энергии для мощных импульсных магнетронов КВЧ диапазона / Е.И. Булдаков // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Саратов: СГТУ, 2010. Т. 1. С. 297300.

8. Булдаков Е.И. Некоторые особенности классических магнетронов поверхностной волны / Е.И. Булдаков, И.Ш. Бахтеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С. 2226.

9. Булдаков Е.И. Мощный импульсный 2 мм магнетрон с долговечностью 2000 часов / A.B. Ляшенко, A.A. Солопов, Е.А. Федоренко, В.П. Еремин, A.B. Пастухова, Е.И. Булдаков // Материалы XVII координационного научно-технического семинара по СВЧ технике. Нижний Новгород: ФГУП «НПП «Салют», 2011. С. 19-21.

10. Булдаков Е.И. Магнетроны миллиметрового диапазона с воздушным охлаждением с долговечностью 2000 часов / A.B. Ляшенко, A.A. Солопов, Е.А. Федоренко, В.П. Еремин, Е.И. Булдаков // VII Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: сб. материалов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012. С. 44-46.

11. Булдаков Е.И. Мощный импульсный 8-мм магнетрон в безнакальном исполнении с мгновенной готовностью / A.B. Ляшенко, A.A. Солопов, Е.А. Федоренко, В.П. Еремин, A.B. Гагаринский, Е.И. Булдаков // VII Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: сб. материалов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012. С. 43-44.

Подписано в печать 22.05.2012 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,25 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 16

ООО «Издательский Дом «Райт-Экспо»

410031, Саратов, Волжская ул., 28 Отпечатано в ООО «ИД «Райт-Экспо» 410031, Саратов, Волжская ул., 28, тел. (8452) 90-24-90

Глава 1. Достигнутый уровень развития электронных вакуумных приборов миллиметрового диапазона

1.1 Характер и особенности развития различных классов электронных вакуумных приборов

1.2 Лампы бегущей волны

1.3 Лампы обратной волны

1.4 Клистроны

1.5Гиротроны

1.6 Генераторы дифракционного излучения

1.7 Магнетроны

Выводы к I главе

Глава 2. Теоретический анализ и компьютерное моделирование режимов работы магнетрона

2.1 Постановка задачи

2.2 Компьютерное моделирование. Выбор оптимальных параметров режима работы магнетрона

2.2.1 Математическая модель и программное обеспечение

2.2.2 Анализ выбранной конструкции электронно-оптической системы магнетрона

2.2.3 Анализ влияния на характеристики прибора волнового сопротивления резонаторной системы

2.2.4 Анализ влияния на характеристики прибора значения индукции магнитного поля^

2.2.5 Анализ влияния на характеристики прибора радиуса катода

2.2.6 Анализ влияния на характеристики прибора значения максимального коэффициента вторичной эмиссии

2.2.7 Анализ влияния на характеристики прибора значения собственной добротности

2.2.8 Анализ влияния на характеристики прибора значения внесенной добротности

Выводы ко II главе

Глава 3. Выбор оптимальных параметров электронно-оптической системы магнетрона, обеспечивающей высокий КПД

3.1 Особенности магнетронов поверхностной волны

3.2 Исследование электродинамических характеристик магнетрона

3.3 Оптимизация геометрии резонаторной системы магнетронов поверхностной волны

3.4 Средства реализации оптимальных параметров магнетронов поверхностной волны

Выводы к III главе

Глава 4. Разработка конструкции магнетрона 2-миллиметрового диапазона с долговечностью более 2000 часов

4.1 Конструкторско-технологические проблемы разработки и проектирования магнетронов миллиметрового диапазона

4.2 Обеспечение надежности работы анодного электрода при высоких тепловых нагрузках

4.3 Изготовление резонаторных систем магнетронов

4.4 Обеспечение надежности работы катодного электрода при высоких тепловых нагрузках

4.5 Реализация охлаждения катодного узла и анодного блока

4.6 Разработка вывода энергии повышенной надежности

4.7 Результаты испытаний разработанных магнетронов

Выводы к IV главе

Актуальность работы. Магнетрон - одна из первых вакуумных электронных ламп, предназначенных для генерации электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ) [1-25]. Магнетрон в отличие от ламп бегущей волны О-типа (ЛБВО), ламп обратной волны О-типа (ЛОВО), клистронов, оротронов - генераторов дифракционного излучения (ГДИ), представляет собой устройство, преобразующее потенциальную электрическую энергию в сверхвысокочастотную электромагнитную энергию. Разработка, исследование и применение магнетронов активно проводятся в ряде стран в течение последних 80 лет. Магнетрон остается одним из лучших вакуумных СВЧ-приборов по таким параметрам, как КПД и отношению мощности выходного сигнала к массе прибора [5-8].

Конструкция многорезонаторного магнетрона является одной из самых простых и компактных среди генераторов электромагнитных колебаний. Это приборы с замкнутым электронным потоком и замкнутой периодической замедляющей системой (ЗС), в которых эффективное взаимодействие электронного потока с высокочастотным электромагнитным полем происходит в статических скрещенных электрическом и магнитном полях. Взаимодействие в магнетронах осуществляется в пространстве между коаксиально расположенными катодом и анодом, которое называют пространством взаимодействия. В течение более шестидесяти лет многорезонаторные магнетроны, как экономичные источники электромагнитных волн, по эффективности и масштабам применения на практике продолжают занимать лидирующее положение. Широкое применение многорезонаторных магнетронов в современной аппаратуре свидетельствует об их конкурентоспособности среди других типов СВЧ-генераторов в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Первые многорезонаторные магнетроны диапазона миллиметровых волн (ММВ) были созданы в 1944-1945 гг. в США, Великобритании и в СССР - сначала в

Украине и позже в России, но их широкое применение в радиосистемах началось в последней четверти прошлого века.

Для освоения коротковолновой области миллиметрового диапазона волн (МДВ) успешно применены предложенные, созданные и исследованные в институте радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова Национальной академии наук Украины (ИРЭ НАНУ) конструкции магнетронов поверхностной волны (МПВ), т. е. магнетронов на пространственных гармониках [4-6, 14-24]. По сравнению с конструкциями традиционных магнетронов на коротких миллиметровых волнах МПВ имеют увеличенные размеры пространства взаимодействия и работают при меньших величинах магнитных полей и анодных напряжений [4-8]. Результаты разработки и создания МПВ МДВ на пространственных гармониках представлены в обзорах [4-6].

Хотя за последние десятилетия рынок приборов этого класса заметно сузился, магнетроны продолжают занимать лидирующее положение во многих его секторах как экономичные источники электромагнитного излучения с длиной волны от 1 м до 2 мм. Сюда, прежде всего, относится сектор применения СВЧ-энергии в быту и в промышленности. Второй обширной областью СВЧ-техники, где используются преимущественно магнетроны, являются сравнительно недорогие компактные радиолокационные станции (РЛС) различного назначения. Принципиальные преимущества и достоинства приборов крайне высоких частот (КВЧ) при создании нового поколения радиолокационных станций обусловлены в первую очередь возможностями получения при ограниченной апертуре антенны высокой разрешающей способности по различению объектов и целей в обзорной зоне. При этом использование радиолокационного принципа наблюдения позволяет в значительной степени избавиться от помех создаваемых атмосферными явлениями и преднамеренными помехами наблюдению. Даже в пылевых и дымовых условиях в диапазоне КВЧ могут быть получены изображения, приближающиеся по качеству к телевизионным. Создание мощных приборов

КВЧ диапазона обеспечивает эффективное наблюдение на дальностях до 5-10 км. Все более широкое применение магнетроны находят в биологии и медицине.

Как в прошедший период развития магнетронов диапазона ММВ, так и в настоящее время актуальной задачей остается поиск возможностей улучшения энергетических и частотных характеристик, и особенно увеличения долговечности генераторов М-типа. Следует отметить, что в научной литературе результаты исследований разработок магнетронов диапазона ММВ представлены в сравнительно небольшом числе публикаций.

На сегодняшний день существует единственный промышленный образец магнетрона 2х миллиметрового диапазона с долговечностью 250 часов. Успешно закончены разработки магнетронов с выходной импульсной мощностью 4,5 кВт с долговечностью 500 часов. Выходная средняя мощность таких магнетронов составляет 3-5Вт.

На предприятии ОАО «Тантал» с участием автора в течение последних лет ведутся исследования по созданию мощных импульсных магнетронов, работающих в 2х мм диапазоне длин волн. В рамках комплексно-целевой программы «Электроника-2015» на базе проведенных НИОКР по созданию магнетронов мм диапазона длин волн (ММДВ) удалось выполнить разработку магнетрона с указанными электрическими характеристиками, удовлетворяющего главному дополнительному требованию - получению наработки на отказ более 2000 часов.

Исследования, проведенные в СССР и РФ, в том числе и на ОАО «Тантал», позволили автору создать конструкции магнетронов с КПД 2,5-3,5% в 2 мм диапазоне, снизив при этом подводимую среднюю мощность с 175 Вт до 140 Вт, в том числе, благодаря разработанным методикам проектирования таких магнетронов и реализованным конструктивно-технологическим решениям. Создание таких образцов магнетронов КВЧ является существенным достижением отечественного приборостроения и обеспечивает научное и техническое превосходство РФ в данной области техники.

Недостатками созданных подобных экспериментальных образцов являются во многом лабораторная технология их изготовления и как следствие невысокая надежность эксплуатации (максимальная наработка приборов составляет 50-200 часов). Преодоление этих ограничений осуществлялось в рамках представленной работы.

Технико-экономическая эффективность выполненной разработки высоконадёжных магнетронов весьма наглядно следует из анализа эксплуатационных расходов при их использовании в аппаратуре. При установленной наработке аппаратуры 2000 часов в год потребуется один разработанный магнетрон в год, ориентировочная цена которого 1,5 млн. руб. При использовании в аппаратуре аналога этого магнетрона с долговечностью 500 часов потребуется закупка 4-х магнетронов в год по цене 1,0 млн. руб. При увеличении количества аппаратуры до п экономия средств составит уже не 2,5 млн. руб. в год, а 2,5-п.

Исследованию миллиметровых магнетронов и улучшению их эксплуатационных характеристик и выходных параметров посвящены работы известных отечественных и зарубежных ученых: М.А. Фурсаева, В.А. Адамовича, В.П. Еремина, А.Я. Усикова, A.A. Гурко, В.Б. Байбурина, В.Д. Науменко, В.Д. Еремки, M.J. Bernstein, N.M. Kroll, Р.Г. Робертшоу, В.Е. Уилшоу и др.

Однако экспериментальных работ в этой области сравнительно мало. Вопросы дальнейшего увеличения надежности, КПД, улучшения массогабаритных параметров, повышения эксплуатационной эффективности в том числе экономической (снижение затрат на час эксплуатации) недостаточно изучены. Кроме того, недостаточно изучены процессы взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в приборах М-типа, работающих в условиях скрещенных электрических и магнитных полей, математическое описание которых оказывается достаточно сложным. Невозможность строго аналитического решения основных уравнений приводит к необходимости использования численных методов решения и проведения исследований физических эффектов методами компьютерных и физических экспериментов.

Исходя из вышеизложенного, проблема создания мощных импульсных миллиметровых магнетронов КВЧ с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками, предназначенных для работы в современных передатчиках РЛС, является актуальной в настоящее время.

Цель работы: разработка магнетрона миллиметрового диапазона, предназначенного для работы в передатчиках современных радиолокационных станций, с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Поиск путей увеличения КПД магнетрона 2-миллиметрового диапазона, что позволит снизить подводимую мощность при неизменной выходной мощности и уменьшить тепловые нагрузки на электроды.

2. Увеличение долговечности магнетрона до 2000 часов путем нанесения на рабочую поверхность ламелей резонаторной системы тугоплавкого материала и введение дежурного режима, а также применения новой конструкции и технологии изготовления катода.

3. Снижение температуры электродов для повышения их надежности за счет разработки системы жидкостного охлаждения интегрированной в конструкцию.

4. Уменьшение массогабаритных характеристик магнетрона за счет применения современных материалов и конструкторских решений.

5. Повышения воспроизводимости параметров магнетронов в условиях производства, для повышения процента выхода и снижения стоимости.

6. Разработка экспериментальных образцов магнетронов на основе полученных результатов расчетов и исследований.

Методы и средства исследований. При выполнении данной работы использованы основы теории вакуумной СВЧ-электроники, современные методы теоретического и экспериментального исследований и средства компьютерного моделирования. Решения задач оптимизации в условиях малой изученности теории миллиметровых магнетронов поверхностной волны, работающих в режиме синхронизации электронного потока с пространственными гармониками, базируются на экспериментальных данных и известных положениях теории приборов М-типа.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью применяемых математических моделей, их адекватностью по известным критериям оценки изучаемых процессов взаимодействия электронов с СВЧ- полем; хорошим совпадением полученных теоретических результатов с данными эксперимента, а также с результатами измерений созданных магнетронов на поверенной и аттестованной аппаратуре и совпадением с результатами, полученными другими авторами в области разработки магнетронов миллиметрового диапазона, опубликованными как в России, так и за рубежом.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

Разработана конструкция магнетрона 2-миллиметрового диапазона длин волн, предназначенного для работы в передатчиках современных радиолокационных станций, с улучшенными выходными параметрами и эксплуатационными характеристиками. При этом установлено:

- нанесенное на медные ламели вольфрамовое покрытие толщиной 20 мкм повышает надежность резонаторной системы и увеличивает долговечность мощных импульсных магнетронов до 1000 и более часов;

- оптимально подобранные значения толщины (ширины) ламели шага резонаторной системы Ь позволяют повысить КПД магнетрона 2-миллиметрового диапазона с 2,2 до 2,8-3,5%;

- корректировка геометрии резонаторной системы методом сближения резонансных частот компонент дуплета рабочего вида колебаний приводит к повышению КПД, повторяемости выходных характеристик и устойчивости работы многорезонаторного магнетрона;

- разделение запускающего термокатода и вторично-эмиссионного катода не только функционально, но и конструктивно, на основной холодный и боковой вспомогательный термокатод в магнетроне 2-миллиметрового диапазона длин волн со средней выходной мощностью 3-5 Вт позволяет снизить тепловые нагрузки на основной катод и тем самым повысить надежность и долговечность устройства.

Научная новизна работы:

1. Установлена зависимость времени разрушения анодной структуры магнетрона 2-миллиметрового диапазона в зависимости от длительности импульса и скважности, позволившая разработать методику ускоренных испытаний таких магнетронов на безотказность.

2. Разработана электронно-оптическая система 2-миллиметрового магнетрона, обеспечивающая более высокую надежность по сравнению с аналогами и долговечность порядка 1000-2000 ч.

3. На основе метода совмещения резонансных частот компонент дуплета рабочего вида колебаний многорезонаторного магнетрона, сущность которого заключается в изменении геометрии выходного резонатора или изменении геометрии других резонаторов, определенных специальным образом, проведена оптимизация резонаторной системы, которая привела к повышению повторяемости выходных характеристик на 20-30% и устойчивости работы многорезонаторного магнетрона.

4. Впервые предложена адаптированная к серийному производству конструкция 2-миллиметрового магнетрона со средней выходной мощностью 35 Вт для передатчиков современных РЛС с металлосплавным вторично-эмиссионным катодом и боковым термокатодом, обеспечивающая долговечность более 1000 часов, с улучшенными массогабаритными характеристиками.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований и компьютерного моделирования разработана ЭОС магнетрона, обеспечивающая высокий уровень КПД. Апробирована технология нанесения тугоплавкого материала на теплонагруженные элементы конструкции для их защиты от эрозионного разрушения, не оказывающая значимого влияния на электродинамические характеристики резонаторной системы, позволивщая повысить долговечность магнетрона. Увеличение КПД позволило снизить подводимую мощность и уменьшить массогабаритные характеристики источника питания. Использование средств компьютерного моделирования и разработанных конструктивно-технологических решений позволило улучшить массогабаритные характеристики магнетрона.

Результаты исследований и экспериментов использованы при разработке 2-миллиметровых магнетронов и позволили создать опытный образец магнетрона, отвечающего всем современным требованиям, предъявляемым к приборам подобного типа и класса, с характеристиками, превосходящими аналоги. Изложенный научный материал также может быть использован в учебном процессе вузов, ведущих подготовку специалистов по специальности 21010565 «Электронные приборы и устройства», а также по направлениям «Электроника и микроэлектроника» и «Электроника и наноэлектроника» (21010062 и 21010068).

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре «Электронные приборы и устройства» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. и в ОАО «Тантал». Результаты диссертационной работы докладывались на: научно-технической конференции «Электроника и вакуумная техника: Приборы и устройства. Технология. Материалы» (Саратов, 2009), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009, 2010), Всероссийской молодежной выставке-конкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций (Саратов, 2009), 9-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2010), XVII координационном научно-техническом семинаре по СВЧ технике (Нижний Новгород, 2011), VII Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2012).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, опубликованы в 11 печатных работах (статьях, текстах докладов), в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, проведении численных расчетов, необходимых для интерпретации результатов экспериментальных исследований. Представленные экспериментальные исследования проведены автором. Обсуждения полученных теоретических и экспериментальных результатов проводились совместно с соавторами научных статей. Автору диссертации принадлежит разработка основных направлений конструирования и технологии изготовления экспериментальных макетов и опытно-конструкторских образцов магнетронов. Расчеты и компьютерное моделирование проводились совместно с научным руководителем, а также с В.П. Ереминым и A.B. Ершовым.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения, изложена на 156 страницах, содержит 56 рисунков, 19 таблиц, список использованной литературы включает 169 наименований.

Выводы к главе IV

В ходе разработки конструкции магнетрона были решены следующие конструктивно-технологические задачи:

1. Разработана технология изготовления резонаторных систем с погрешностью взаимного расположения конструктивных элементов (ламелей) порядка 2 мкм. Это позволило добиться повторяемости генерируемой магнетронами частоты от экземпляра к экземпляру менее 100 МГц (менее 0,1%).

2. Внедрена технология нанесения тугоплавкого материала на ламели резонаторной системы, позволившая повысить надежность и стойкость анода к электронной бомбардировке минимум на 2 порядка;

3. По специальной методике проведен расчет времени разрушения материала ламелей анода магнетрона в зависимости от геометрии ламелей, используемого материала, длительности импульса, скважности, неравномерности бомбардировки поверхности электронами. Методика позволяет с удовлетворительной точностью прогнозировать долговечность анодной структуры.

4. Разработана конструкция цельнометаллического вторично-эмиссионного катода, обеспечивающая требуемые анодные токи магнетрона и его КПД. Выбран и реализован режим охлаждения вторично-эмисионного катода, обеспечивающий его эрозионную стойкость в течение 2000 часов.

5. Разработана и реализована интегрированная в конструкцию магнетрона система жидкостного охлаждения анодного и катодного узлов, в которой жидкость, текущая по параллельным каналам, используется для охлаждения как заземленного анода, так и высокопотенциального катода (15 кВ).

6. Разработана конструкция вывода энергии, в котором в качестве вакуумного уплотнения используется керамический диск, что позволило повысить температуру обезгаживания с 400°С до 550 °С.Магнетрон с этим выводом энергии может работать с выходной мощностью до 10-15 кВт в импульсе без обеспечения избыточного давления воздуха в волноводе.

7. В результате проведенных исследований и экспериментов был создан опытных образец магнетрона 2х мм диапазона длин волн с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогами, а именно: подводимая средняя мощность при одинаковой выходной мощности снижена со 175 до 140 Вт, КПД достигает 3,5%, долговечность увеличена с 500 часов до 2000 часов, снижена масса на 20%.

8. Проведены испытания магнетрона на долговечность в течение 1000 часов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе в результате выполненных численных расчетов и экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача по созданию образцов миллиметровых магнетронов с высокими характеристиками, удовлетворяющими требованиям дальнейшего увеличения надежности и долговечности, уменьшения массы, повышения эксплуатационной эффективности в том числе экономической (снижение затрат на час эксплуатации).

На пути решения этой задачи были получены следующие основные результаты:

- разработана на новых современных принципах конструкция резонаторной системы магнетрона 2-миллиметрового диапазона с высокими электродинамическими, теплорассеивающими и термомеханическими характеристиками и на основе расчетно-теоретических моделей и программ в формате 2И и ЗО проведены оптимизации геометрии элементов резонаторных систем для повышения КПД магнетрона (электронного и контурного);

- проведено теоретическое обоснование (методами математического моделирования) выбора размеров пространства взаимодействия магнетрона, характеристик катода магнетрона, в том числе вторично-эмиссионных, электродинамических параметров резонаторной системы магнетрона;

- доказано, что оптимально подобранные значения толщины (ширины) ламели 1л, шага резонаторной системы Ь, собственной и внесенной добротности позволяют повысить КПД магнетронов 2-миллиметрового диапазЪна с 2,2 до 2,8-3,5%;

- доказана необходимость совмещения или сближения резонансных частот компонент дуплета рабочего вида колебаний многорезонаторного магнетрона, разнос которых определяется величиной реактивности, вносимой в выходной резонатор выводом энергии. Предложен метод сближения, сущность которого заключается в изменении геометрии выходного резонатора или изменением геометрии других резонаторов, определенных специальным образом, в результате чего достигается идеальная электродинамическая азимутальная симметрия анода, минимизирующая частотный разнос компонент дуплета и ликвидирующая скачок фазы на выходном резонаторе; разработана электронно-оптическая система 2-миллиметрового магнетрона, обеспечивающая более высокий КПД, чем у аналогов; разработана конструкция цельнометаллического вторично-эмиссионного катода, обеспечивающая требуемые анодные токи магнетрона и его КПД. Выбран и реализован режим охлаждения вторично-эмисионного катода, обеспечивающий его эрозионную стойкость в течение 2000 часов;

- разработана технология изготовления резонаторных систем с погрешностью взаимного расположения конструктивных элементов (ламелей) порядка 2 мкм. Это позволило добиться повторяемости генерируемой магнетронами частоты от экземпляра к экземпляру менее 100 МГц (менее 0,1%);

- впервые применена в магнетроне 2-миллиметрового диапазона технология нанесения слоя вольфрама на ламели резонаторной системы для защиты теплонагруженных элементов от электронной бомбардировки и эрозионного разрушения; предложена методика оценки долговечности миллиметровых магнетронов по наработке до разрушения ненадежных элементов конструкции. Данная методика позволяет с удовлетворительной точностью прогнозировать наработку приборов до ухудшения выходных параметров;

- впервые разработана и реализована интегрированная в конструкцию магнетрона система жидкостного охлаждения анодного и катодного узлов; в которой одна и та же жидкость используется для охлаждения, как заземленного анода, так и высокопотенциального катода (15 кВ);

- разработана конструкция вывода энергии, в котором в качестве вакуумного уплотнения используется керамический диск, что позволило повысить температуру обезгаживания с 400 до 550 °С. Магнетрон с этим выводом энергии может работать с выходной мощностью до 10-15 кВт в импульсе без обеспечения избыточного давления воздуха в волноводе;

- проведены испытания магнетрона на долговечность в течение 1000 часов. Результаты свидетельствуют о правильности выбранных конструктивно-технологических решений, которые обеспечивают работоспособность и прогнозируемую долговечность не менее 2000 часов;

Решение перечисленных вопросов позволило создать сверхнадежные на сегодняшний день мм магнетроны с минимальной наработкой на отказ более 2000 час при прогнозируемой долговечности 3000-5000 час с КПД 2,5-3,7%, подводимой мощностью 180-225 кВт, с возможностью работы на скважности 500-3000. Разработанные магнетроны превосходят аналоги по долговечности более чем в 2 раза, по КПД - в 1,5-2 раза, удобству подключения, имеют меньшую массу. Проведено внедрение полученных результатов на предприятии ОАО «Тантал», что подтверждается актом внедрения.

1. Microwave Magnetrons, Georg. В. Collins, Editor, McGraw Hill, N. Y., 1948, 806 p.

2. Crossed-Field Microwave Devices, Vol.1 and Vol.2, E. Okress, Editor in Chief, Academic Press/ New York and London. 1961. 680 p.

3. Бычков С. И. Вопросы теории и практического применения приборов магнетронного типа. М.: Изд. «Советское радио», 1967, 216 с.

4. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Киев.: Наукова думка. 1986. 386 с.

5. Naumenko V. D., Schunemann К. and. Vavriv D. M. Miniature 1 kW, 95 GHz magnetrons // Electronics Letters. 1999, v. 35, No22/-. - P. 1960-1961.

6. Моисеенко A. E., Науменко В. Д., Суворов А. Н., Сыров. Р. Магнетрон на частоту 94 ГГц с большим сроком службы // Радиофизика и радиоастрономия. 2003. -.8, № 4. - С. 421-428.

7. Гурко А. А. Магнетрон на высших пространственных гармониках % -вида // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2003. - № 1. -С. 75-77.

8. Fisk D., Hagstrum G., and Hartman P. The Magnetrons // Bell System Tech. J.- 1946, 26, No. 1, -P. 167-283.

9. A. c. 324937 СССР. Магнетрон с боковым катодом / И. М. Вигдорчик / Открытия, изобретения 1972. -№ 7.- С. 29

10. Бабенко М. И., Вигдорчик И. М. Магнетрон с боковым катодом. // Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков. - 1961. - 9. - С. 150-162.

11. Вигдорчик И. М., Мянд В. А., Науменко В. Д. Некоторые особенности работы магнетрона на инжектированных электронах // Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков. -1970. Т. 18. - С.22-32.

12. Вигдорчик И. М., Тимофеев В. П. Исследование максимальных токов в магнетронном диоде с холодным катодом // ЖТФ 1974. - Т. 44, № 2. - С. 221-223.

13. Вигдорчик И. М., Науменко В. Д., Тимофеев В. П. Импульсные магнетроны с холодным вторичноэмиссионным катодом // Докл. Ак. Н. УССР. Сер. А. 1975, - № 7. - С. 633-636.

14. Вигдорчик И. М., Мянд В. А., Науменко В. Д. Исследование работы магнетрона с холодным платиновым катодом при запуске внешним сигналом // Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков. -1970. - 18. - С.23-43.

15. Черенщиков С. А. О запуске магнетрона с холодным катодом на спаде импульса напряжения. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ -1972. № 2. - С.33-42.

16. Науменко В. Д. Черенщиков С. А Исследование запуска магнетрона с холодным вторично-эмиссионным катодом на спаде импульса напряжения // Изв. вузов, Радиофизика. 1984, - 27, № 2. - С.250-256.

17. А. с. 392819 СССР Магнетрон с торцевой пушкой. / Вигдорчик И. М, Мянд В. А., Науменко В. Д. // Открытия, изобретения 1973. - № 4. -С.89.

18. А. с. 392819 СССР Импульсный магнетрон / И. М. Вигдорчик., В. А. Мянд, В. Д. Науменко // Открытия, изобретения № 38, 1978 - С. 78.

19. А. с. 606523 СССР. Генератор импульсов. / И. М. Вигдорчик, В. Д. Науменко., С. А. Черенщиков // БИ. -1975. № 3. -С.76.

20. Авт. св. 745331 СССР. Генератор импульсов. / И. М. Вигдорчик, В. Д. Науменко, Ю. JI. Смирнов // Открытия, изобретения -1976. № 6. - С. 69.

21. Науменко В. Д. Импульсные источники колебаний миллиметрового диапазона радиоволн // Приборы, техника и распространение мм и субмм волн: Тез. докл. Межведом, научно технической конф. — Харьков. - 1992.— С.24.

22. Naumenko V. D., Schunemann К. and. Vavriv D. M. Miniature 1 kW, 95 GHz magnetrons // Electronics Letters. 1999. Vol. 35, No 22. - P. 1960-1961.

23. Granatstein V.L., Parker R.K., Armstrong C.M. Scanning the technology. Vacuum electronics at the dawn of twenty-first centure. Proceedings of the IEEE. 1999, vol. 87, no. 5, pp. 702-716.

24. R.K.Parker, R.H.Abrams, B.G.Danly, B.Levush. Vacuum Electronics. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2002, vol. 50, no. 3, pp. 835-845.

25. Сайт фирмы Litton, http:// www.littonedd.com; данные от 05.01.2003 г.

26. V.Granatstain, R.Parker, C.Armstrong. Vacuum electronics at the dawn of the twenty-first century. Proc. IEEE. 1999, vol. 87, no. 5, pp. 702-716.

27. Ракитин С.П. Развитие электровакуумной электроники СВЧ в НИИ «Орион» (Киев, Украина). Прикладная радиоэлектроника. 2004, том. 3, № 2; с. 2-6.

28. Каталог фирмы Hughes А.С., США. "Hughes TWT and TWTA Listing". December 1990.

29. WEB-сайт фирмы e2v Technologies Ltd., Великобритания. 2005,июль.

30. Каталог фирмы Varian Ass., "Varian Microwave Tubes", 1984

31. Каталог фирмы Varían Ass., "Coupled Cavity Tubes", 1988.

32. Каталог фирмы Varían "Coupled Cavity TWT's", 1992.

33. Сайт www.cpii.com фирмы Communications & Power Industries MPP (CPI), США (ранее фирма Varían Ass.). 2007 г., май.

34. А.А.Негирев, А.С.Федоров. Широкодиапазонные малогабаритные лампы обратной волны миллиметрового диапазона. Радиотехника. 1999, № 4, с. 41-43.

35. А.М.Алексеенко, М.Б.Голант, А.А.Негирев, В.Б.Хомич. Проблемы миниатюризации вакуумных генераторных СВЧ-приборов О-типа малой мощности. Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1993, вып. 1, с. 28-33.

36. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Под редакцией Н.Д.Девяткова. Изд-во "Радио и связь". Москва, 1985, 135 с.

37. Н.Д.Девятков. Приоритетные вехи развития СВЧ-электроники в России. Радиотехника, 1999, № 4, с. 4-7.

38. Сайт http://www.istok.com, ФГУП "НПП "Исток", Россия. 2003 г.,июль.

39. Granatstein V.L., Parker R.K., Armstrong С.М. Scanning the technology. Vacuum electronics at the dawn of twenty-first century. Proceedings of the IEEE. 1999, vol. 87, no. 5, pp. 702-716.

40. R.M.Phillips and D.W.Sprehn. High power klystrons for the next linear collider. Proceedings of the IEEE. 1999, vol. 87, no. 5, pp. 738-751.

41. Каталог фирмы Varían Ass., "Millimeter Waves: Amplifiers, Sources, Components, Subsystems", 1988.

42. Каталог фирмы Varian Canada "Extended Interaction Klystron. Selection Guide", 1986.

43. В.Быков, А.Л.Гольденберг. Влияние профиля резонатора на предельную мощность гиротрона. Известия вузов СССР. Серия Радиофизика, 1975, том 18, № 7, стр. 1066-1067.

44. Т.А. Грязнова, С.В.Кошевая, Г.Н.Рапопорт. Исследование возможности повышения КПД МЦР-приборов фазовым методом. Известия вузов. Серия Радиоэлектроника, 1969, том XII, № 9, стр. 998-1005.

45. В.Н.Глушенко, С.В.Кошевая, В.А.Прус. Повышение КПД гиротрона на основном гирорезонансе путем коррекции распределения магнитостатического поля. Известия вузов. Серия Радиоэлектроника, 1970, том XIII, № 1, стр. 12-17.

46. И.И.Голеницкий, В.Д.Еремка, В.П.Сазонов. Электронные источники миллиметровых и субмиллиметровых волн на гармониках циклотронной частоты. Обзоры по электронной технике. Серия 1. Электроника СВЧ. Выпуск 14. 1988, М. ЦНИИ «Электроника».

47. Генераторы дифракционного излучения./ Под ред. Шестопалова В.П. -Киев: Наукова думка, 1991.-320с.

48. Капитонов В.Е., Лопатин И.В., Тищенко A.C. и др. Малогабаритные электронно-оптические системы для ЭВП миллиметрового диапазона волн // Физика и техника мм и субмм волн. Киев: Наукова думка, 1983, с. 168-171.

49. Korneenkov V.K., Miroshnichenko V.S., Skrynnik B.K. Diffraction Radiation Oscillators for CW and Pulsed Operation // Telecommunication and Radio Engineering, 1997, vol.51, No 6-7, p. 144-147.

50. Корнеенков B.K., Мирошниченко B.C., Скрынник Б.К. Генераторы дифракционного излучения непрерывного и импульсного действия // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электроники HAH Украины. 1998, т. 3, № 1, с. 67-70.

51. Скрынник Б.К., Корнеенков В.К., Мирошниченко B.C. ГДИ миллиметрового диапазона длин волн // Вюник ХНУ iM. В.Н. Каразша. № 570. Радюф1зика та електрошка. 2002, вип. 2, с. 105-108.

52. W.E.Willshaw, R.G.Robertshaw // Proc. Phys. Soc. 1950, vol.63B, p.41.

53. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Под ред А.Я.Усикова. Киев.: Наукова думка. 1986. 386 с.

54. А.Я.Усиков. Современные достижения радиофизики и электроники. Киев: Знание. 1981. 64 с.

55. И.М.Вигдорчик, В.А.Мянд, В.Д.Науменко. Некоторые особенности работы миллиметровых магнетронов на инжектированных электронах // Труды ИРЭ АН УССР. 1970, т. 18, с. 22-32.

56. И.М.Вигдорчик, В.П.Тимофеев. Исследование максимальных токов в магнетронном диоде с холодным катодом // ЖТФ. 1974, т. 44, № 2, с. 221-223.

57. A.c. СССР № 392819, М.кл. Н01 J 25|58. Магнетрон с боковым катодом / И.М.Вигдорчик, В.Д.Науменко, В. В.Мянд. / БИ № 38, 1974 г.

58. A.c. СССР № 479429 М.кл. Н01 J 25/58. Магнетрон миллиметрового диапазона с инжектируемыми и холодным отрицательным осевым электродом с КВЭ <1. / И.М.Вигдорчик, В.В.Мянд, В.Д.Науменко. 1975.

59. И.М.Вигдорчик, В.Д.Науменко. В.П.Тимофеев. Импульсные магнетроны с холодным вторично-эмиссионным катодом // Доклады АН УССР, сер. А. 1975, №.7, с. 634-637.

60. А.А.Гурко. Оценка возможности повышения КПД магнетронов миллиметрового диапазона с использованием не п -видных колебаний // Радиофизика и радиоастрономия. 2000, т. 5, № 1, с. 80-83.

61. А.В.Галаган. Цилиндрическая трехмерная модель генератора со скрещенными полями // Радиотехника. Изд. «Выща школа». Харьков. 1989. Вып. 88, с. 130-135.

62. В.М.Писаренко, А.А.Шадрин, А.В.Галаган. Реализация алгоритма трехмерного решения уравнения Пуассона методом Хоккни // Радиотехника. Харьков: «Выща школа». 1989. Вып. 89, с. 88-92.

63. А.В.Галаган, А.В.Грицунов, В.М.Писаренко. К вопросу решения уравнения возбуждения в моделях «крупных частиц» // Радиотехника. Харьков: «Выща школа». 1989. Вып. 90, с. 123-126.

64. В.Б.Байбурин, А.А.Терентьев, С.Б.Пластун Многопериодная численная модель магнетронного генератора на основе метода крупных частиц //Радиотехника и электроника. 1996, т. 41, № 2, с. 236-240.

65. В.Б.Байбурин, А.А.Терентьев, А.Б.Поваров, М.В.Гаврилов, В.П.Еремин. Численное трехмерное моделирование приборов М-типа //Материалы междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения". Саратов, 1998. Секция 1. С. 50-53.

66. W.Arter, J.W.Eastwood. Characterization of relativistic magnetron behavior by 3-D PIC simulation // IEEE Trans, on Plasma Science. 1998, vol. 26, № 3, pp. 714-725.

67. В.Б.Байбурин, А.А.Терентьев, М.В.Гаврилов, А.Б.Поваров. Трехмерные цилиндрические уравнения движения электронов в неоднородных скрещенных полях // Радиотехника и электроника. 2000, т. 45, № 4, с. 492-498.

68. В.Б.Байбурин, А.А.Терентьев, М.В.Гаврилов, А.Б.Поваров. Расчет полей пространственного заряда при трехмерном моделировании приборов М-типа // Радиотехника и электроника. 2000, т. 45, № 8, с. 993-998.

69. А.А.Терентьев, А.Б.Поваров. Компьютерное моделирование запуска магнетрона с помощью электронной пушки // Прикладные исследования в радиофизике и электронике: Межвуз. сб. науч. статей. Саратов: "Исток-С", 2001. С. 18-20.

70. А.Б.Поваров. Исследование "трехмерных" явлений в магнетронных генераторах // Прикладные исследования в радиофизике и электронике: Межвуз. сб. науч. статей. Саратов: "Исток-С", 2001. С. 21-23.

71. S.A.Riopolus. Magnetron Theory // Phys. Plasmas. 1996, vol. 3, № 3, p.1137.

72. S.A.Riopolus. Stimulated microwave emission from E*B drifting electrons in slow-wave cavities: a quantum approach // Phys. Rev. 1995, E.-vol. 51, № 5, pp. 4930-4945.

73. S.A.Riopolus. New improved formulas for magnetrons characteristic curves // IEEE Trans. On Plasma Science. 1998, vol. 26, № 3, pp. 755-761.

74. S.A.Riopolus. Ultra Low B-field Magnetron Operation at the Drift-cyclotron Resonance // IEEE Trans. On Plasma Science. 1999, vol. 27, № 1, pp. 5564.

75. O.P.Kulagin., V.D.Yeryomka, The Large-Orbit M-type Oscillator with the Adiabatic Electron-Optical System // IEEE Plasma Science. 2002, vol. 30, № 6, p.p. 2107-2112.

76. О.П.Кулагин, В.Д.Ерёмка. Дрейфово-орбитальные режимы в магнетронных генераторах миллиметровых волн. // Радиофизика и электроника. 2003, т. 8, №4, с. 31-41.

77. O.P.Kulagin, V.D.Yeryomka. Optimal Conditions for Drift-Orbital Resonance in M-type Devices // IEEE Trans. Plasma Science. 2004, vol. 32, № 3, pp. 1181-1186.

78. А.А.Гурко. Магнетрон на высших пространственных гармониках // Радиофизика и радиоастрономия. 2000, т. 5, № 2, с. 148-151.

79. Ершов A.C. Программа численного моделирования процессов в магнетроне. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613908 / И.К.Гурьев, А.С.Ершов, A.C. Зяблов, A.A. Терентьев, 2010.

80. Short form catalogue microwave producte», EEV Ltd. 1996.

81. Gurko A.A. Analysis of Doublet Mode Existence Region / A.A. Gurko // Telecommunications and Radio Engineering. 1998. V. 52, № 12. P. 55-58.

82. Робертшоу. Работа магнетронов в режиме слабых полей / Робертшоу, Уилшоу // Электронные приборы со скрещенными полями. Перевод под общей редакцией М.М. Федорова. Иностранная литература. Москва, 1961. Т. 2.

83. Булдаков Е.И. Некоторые особенности классических магнетронов поверхностной волны / Е.И. Булдаков, И.Ш. Бахтеев // Техническая электродинамика и электроника: сборник науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С. 22-26.

84. Самсонов Д.Е. «Основы расчета и конструирования многорезонаторных магнетронов» издательство Советское Радио, т.1, 1966 г,. T.II, 1974 г.

85. Namba J., Tashiro N., Kume H., Kawaguchi T. Low Voltage Magnetron for Mirowave Ovens // Journal of microwave Power, 1981. Vol. 16, №№ 3^4. P. 227-261.

86. Пат. 2209486 Россия, МПК7 H 01, J 025/50. Магнетрон поверхностной волны.

87. Булдаков Е.И. Выбор оптимальных параметров резонаторной системы магнетронов поверхностной волны / Е.И. Булдаков, В.А. Адамович, В.П. Еремин // Гетеромагнитная микроэлектроника: сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во СГУ, 2011. Вып. 11. С. 25-32.

88. Пат. 2209486 Российская Федерация, МПК 7 H 01 J 025/50. Магнетрон поверхностной волны / заявители Адамович В.А., Буланов В.Н., Вислов В.И., Еремин В.П.; патентообладатель ЗАО «Тантал-Наука». -RU2001115058/09С1 ; заявл. 01.06.2001; выдан 27.07.2003.

89. Гурко А. А. Пути и средства совершенствования миллиметровых магнетронов на пространственных гармониках / А. А. Гурко // Моск. гос. ин-т электроники и автоматики (техн. ун-т). Диссертация на соискание ученой степени д. т. н. М.: 2003

90. А.А.Гурко. Выбор и расчет резонаторной системы магнетрона, работающего на колебаниях не 7с -вида // Труды 14-й Международной

91. Крымской микроволновой конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2004). Севастополь, 2004, с. 227-229.

92. V.D.Naumenko, A.N.Suvorov and A.R.Sirov. Tunable Magnetron of a two millimeterwavelength band // Microwave and Optical Technology Letters. 1996, vol.12, № 3. June 20, pp. 129-131.

93. V.D.Naumenko, K.Schunemann and D.M.Vavriv. Miniature lkW, 95 GHz magnetrons // Electronics Letters. 1999, vol. 35, № 22, pp. 1960-1961.

94. A.c. СССР № 669972, М.кл. H01J 25/58. Магнетрон // Л.М.Бузик, Н.Н.Галушко, В.В.Гаплевский, И.Д.Трутень / БИ. №45. 1979.

95. В.Д.Науменко, Р.П.Федий. Импульсный магнетрон миллиметрового диапазона в режиме автосинхронизации // Изв. Вузов. Радиофизика. Т. 29, № 11, 1986г., с. 1399- 1400.

96. А.Е.Моисеенко, В.Д.Науменко, А.Н.Суворов, А.Р.Сыров. Магнетрон на частоту 94 ГГц с большим сроком службы. Радиофизика и радиоастрономия. 2003, т.8, № 4, с. 421-428.

97. Еремка В. Д. Исследование и разработка магнетронов миллиметрового диапазона / В.Д. Еремка, В.Д. Науменко // Успехи современной радиоэлектроники. Зарубежная радиоэлектроника, 2008. Вып. 4. С. 23-58.

98. S.Millman. Microwave Magnetrons. McGraw-Hill. P. 470 and P. 785. 1948. Academic Press, New York and London. P. 224-228. 1961

99. K.Morita, M.Nishimaki, T.Asaba, O.Harashima, T.Fujii, K.Ayaki, and K.Uchimaru. A millimeter-wave pulsed magnetron. // Proc. Of the Symposium on

100. Millimeter Waves, NY. 31.03-02.04.1959. Polytechnic Press. Of Polytechnic Institute of Bruklyn, Bruklyn, NY. 1960, pp. 429-447.

101. J.Verveel // Philips Technishe Rundschau. 1959/1960, Bd. 21, № 1, pp.1.10.

102. W.E.Willshaw, R.G.Robertshaw // Proc. Phys. Soc. 1950, vol.63B, p.41.

103. Э.Д.Шлифер. Электровакуумные приборы СВЧ М-типа. Коаксиальные и обращено-коаксиальные магнетроны. // Электроника (Итоги науки и техники. ВИНИТИ). М., 1985, т. 17, с. 169-209.

104. Л.И.Коротун. Анодный блок коаксиального магнетрона // Изв. вузов. Радиотехника. 1965. 8, № 4. С. 420-426.

105. И.Г.Крупаткин. О возможности создания импульсного коаксиального магнетрона в миллиметровом диапазоне, работающего в режиме пространственной гармоники // Труды ИРЭ АН УССР. 1970, т. 18, с. 82-89.

106. Науменко В.Д. Особенности работы магнетронов миллиметрового диапазона с вторичноэмиссионными катодами / В.Д. Науменко // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. -Харьков.: 1985.

107. Усиков А.Я. Исследования и разработки в области электроники СВЧ, выполненные в институте радиофизики и электроники АН УССР. -Электронная техника. Серия 1,1972, вып. 12, с. 39-49.

108. Еремин В.П. Разработка миллиметровых магнетронов в ОКБ «Тантал» / В.П. Еремин // Доклад на секции КНТС «Электроника СВЧ». г. Саратов, ОАО «Тантал».: 2003

109. R.L.Jepsen and M.W.Muller. Enhanced emission from magnetron cathodes // J. Appl. Phys, 1951, vol. 22, pp. 1196-1207.

110. Булдаков Е.И. Исследование и разработка мощных импульсных 2х мм магнетронов повышенной надежности / Е.И. Булдаков, A.A. Захаров, В.П. Еремин // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2012. 2011. - Вып. 2, №4 (60). - С. 80-86.

111. Касаткин Ю.С. Устройство для получения покрытий из парогазовой фазы. Авторское свидетельство №1109473 / Ю.С. Касаткин, B.C. Плешаков, А.Х. Турнер, 1984

112. А. с. 392819 СССР Импульсный магнетрон / И. М. Вигдорчик., В. А. Мянд, В. Д. Науменко // Открытия, изобретения № 38, 1978 - С. 78.

113. А. с. 606523 СССР. Генератор импульсов. / И. М. Вигдорчик, В. Д. Науменко., С. А. Черенщиков // БИ. -1975. № 3. -С.76.

114. J. R. Vaughan. Gas-filled magnetron with cold cathode. Crossed Field Microwave Devices. New York and London: Academic Press. - 1961. - 2. - P. 268279.

115. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Киев.: Наукова думка. 1986. 386 с.

116. Naumenko V. D., Schunemann К. and. Vavriv D. M. Miniature 1 kW, 95 GHz magnetrons // Electronics Letters. 1999, v. 35, No22/-. - P. 1960-1961.

117. Моисеенко A. E., Науменко В. Д., Суворов А. Н., Сыров. Р. Магнетрон на частоту 94 ГГц с большим сроком службы // Радиофизика и радиоастрономия. 2003. -.8, № 4. - С. 421-428.

118. Вигдорчик И. М., Мянд В. А., Науменко В. Д. Некоторые особенности работы магнетрона на инжектированных электронах // Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков. -1970. Т. 18. - С.22-32.

119. Вигдорчик И. М., Тимофеев В. П. Исследование максимальных токов в магнетронном диоде с холодным катодом // ЖТФ 1974. - Т. 44, № 2. -С. 221-223.

120. Вигдорчик И. М., Науменко В. Д., Тимофеев В. П. Импульсные магнетроны с холодным вторичноэмиссионным катодом // Докл. Ак. Н. УССР. Сер. А. 1975, - № 7. - С. 633-636.

121. Вигдорчик И. М., Мянд В. А., Науменко В. Д. Исследование работы магнетрона с холодным платиновым катодом при запуске внешним сигналом // Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков. -1970. - 18. - С.23-43.

122. Черенщиков С. А. О запуске магнетрона с холодным катодом на спаде импульса напряжения. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ -1972.-№2.-С.ЗЗ-42.

123. Науменко В. Д. Черенщиков С. А Исследование запуска магнетрона с холодным вторично-эмиссионным катодом на спаде импульса напряжения // Изв. вузов, Радиофизика. 1984, - 27, № 2. - С.250-256.

124. А. с. 392819 СССР Магнетрон с торцевой пушкой. / Вигдорчик И. М, Мянд В. А., Науменко В. Д. // Открытия, изобретения 1973. - № 4. -С.89.

125. А. с. 745331 СССР. Генератор импульсов. / И. М. Вигдорчик, В. Д. Науменко, Ю. JL Смирнов // Открытия, изобретения -1976. № 6. - С. 69.

126. Науменко В. Д. Импульсные источники колебаний миллиметрового диапазона радиоволн // Приборы, техника и распространение мм и субмм волн: Тез. докл. Межведом, научно технической конф. — Харьков. - 1992.— С.24.

127. Naumenko V. D., Schunemann К. and. Vavriv D. M. Miniature 1 kW, 95 GHz magnetrons // Electronics Letters. 1999. Vol. 35, No 22. - P. 1960-1961.

128. Моисеенко A. E., Науменко В. Д., Суворов А. Н., Сыров А. Р. Магнетрон на частоту 94 ГГц с большим сроком службы // Радиофизика и радиоастрономия. 2003. - Т.8, № 4. - С. 421-428.

129. Naumenko V. D., Schunemann К., Semenuta V. Ye., and al. // Proc. of the 22-nd Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, USA, 1997. P. 42-43.

130. Naumenko V. D., Semenuta V. Y., Vavriv D. M., and Volkov V. A. MM-wave transmitters using magnetrons with cold secondary-emission cathode // Proc. of MSMW'98 Symposium. Kharkov, Ukraine, September 15-17. 1998. -P.76-81.

131. Naumenko V. D., Suvorov A. N., and Sirov A. P. Tunable magnetron of a two-millimeter-wavelength band // Microwave and Optical Technology Letters. -1996. 12,No3.-P. 129-131.

132. A. c. 1780444 СССР. H01 J 25/50. Магнетрон. Кл./ M. Ф. Копылов, Б. В. Бондаренко, В. И. Махов и др. / Открытия. Изобретения. -1994, № 8.

133. С.216. Пат. 2007777. Российская Федерация. 5 HOI J 25/50. Магнетрон./ М. Ф. Копылов, Б. В. Бондаренко, В. И. Махов, В. А. Назаров. Опубл. 15.02.1994, Бюл. № 3.

134. Kopylov М. F. Design and technology features of heatingfree magnetrons with auto emission excitation // J. Vac. Sci. Technology. -1993. -No 11(2).-P.481-483.

135. Yeryomka, V. D. and Dzyuba V. P. Coaxial cold-cathode magnetron // IVEC'2004. Conf. Dig,. Monterey, USA. 2004. - P. 246-247.

136. Kopot' M. A., Yeryomka V. D. and Dzyuba V. P. 3-D simulation cold secondary-emission cathode cooker magnetron triggered by anode voltage pulse // IVEC'2005. Conf. Dig. Nordsvik, Netherland. 2005. - P.243-244.

137. Yeryomka V. D., Kopot' М. A., and Dzyuba V. P. 3-D simulation cold secondary-emission cathode cooker magnetron triggered by anode voltage pulse // IVEC'2006. Conf. Dig. Monterey, USA. 2006. - P.243-244.

138. Патент 62691. Украина. Кл. H01 J 25/50. Магнетрон./ M. А. Копоть /. БИ. -2003.-№ 12.-С.25.

139. Гурко А. А. Безнакальный магнетрон с автоэмиссионным запуском // Успехи современной радиоэлектрон. 2003. - № 10. - С. 77-79.

140. Гурко А. А. Повышение эмиссионной способности катода в магнетроне // Радиотехника. 2003. - № 10. - С. 59-61.

141. Лепешинская В. Н., Борисов В. Л., Перчанок Т. М. Вторично-эмиссионные характеристики сплавных эмиттеров в широком диапазоне энергии первичных электронов // Радиотехника и электроника. -1960. -4, № 10. -С.1636-1640.

142. Дюбуа Б. Ч. Металлосплавной «холодный» вторично-эмиссионный катод // Радиотехника. -2005. -№ 3.-С.31-34.

143. Мясников А. С. Металлосплавные катоды для магнетронов миллиметрового диапазона с торцевой пушкой / А. С. Мясников // Сар. гос. техн. ун-т. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. С.: 2011

144. Крупаткин И. Г. Импульсный магнетрон на длину волны 2,2 мм / И.Г. Крупаткин, Н. Н. Галушко // Труды ИРЭ АН УССР, 1964. Т.12. С.30-43.

145. Фельдштейн А. Л. Справочник по элементам волноводной техники / А. Л. Фельдштейн, Л. Р. Явич, В. П. Смирнов М.: Советское радио, 1967. -652 с.

146. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ / И. В. Лебедев М.: Высшая школа, 1970. - 440 с.