Рис.12. Сравнение зависимостей среднего за импульс тока от величины входной мощности (для разных рабочих точек), полученных в эксперименте с рассчитанными по одномерной программе зависимостями на основе ВАХ рис.10 (1-4 - Эксперимент, 1а-4а - расчет. Для 1 и 1а U0 = 2,2 кВ, для 1 и 1а U0 = 2,1 кВ, для 1 и 1а U0 = 2,0 кВ, для 1 и 1а U0 = 1,8 кВ).
Из расчета фазовых траекторий также определена важная для определения общих характеристик усилительного триода величину первой гармоники импульсного СВЧ тока (рис.13).
Рис.13. Полученные расчетным путем из ВАХ рис.10 зависимости первой гармоники СВЧ тока от входной мощности для различных значений напряжения смещения.1 - U0 = 1,8 кВ; 2 - U0 = 2,0 кВ; 3 - U0 = 2,1 кВ; 4 - U0 = 2,2 кВ.
Заключение
В ходе выполненной работы обоснована возможность создания эффективного СВЧ триода в частотном диапазоне 17 ГГц с автоэлектронным катодом на основе наноструктурированного графита. На подготовительном этапе были выполнены расчеты геометрии электродов и рабочих характеристик прибора, исходя из данных об эмиссионной способности применяемого эмиттера. Было проведено конструирование, изготовление и сборка первого макета прибора.
В ходе экспериментальных исследований были исследованы эмиссионные свойства катода в статическом режиме и режиме СВЧ колебаний во входном резонаторе.
Эксперимент показал, что в рабочем СВЧ режиме плотность тока эмиссии увеличилась более, чем в 5 раз по сравнению со статическим режимом - с 0,44 до 2,4 А/см2. Полученная в СВЧ режиме плотность эмиссии была недостижима в статическом режиме вследствие электрической прочности зазора катод-сетка.
Повторное измерение статической ВАХ после СВЧ эксперимента выявило уменьшение эмиссионной способности автокатода (на 12%).
Полученные результаты по рабочему напряжению и мощности пучка позволяют рассчитывать на значительное улучшение выходных параметров вакуумных СВЧ триодов с автоэмиттерами на основе наноструктурированного графита в коротком сантиметровом диапазоне длин волн.
Литература
1. Гузилов И.А., Калинин М.В., Костин А.В., Масленников О.Ю. // Использование автоэлектронных катодов на основе углеродных наноструктур в сеточных усилителях короткого сантиметрового диапазона, Материалы российской научно-технической конференции "Вакуум-2007", Сочи, 2007, стр.287-290.
2. http://ru. nevz.ru/downloads/fpdf/SVSH/gener_lamp_SVSH. pdf 6С45К ЖТ3.323.053ТУ.
3. Legagneux R., Le Sech N., Guiset P. // Carbon nanotube based cathodes for microwave amplifiers/ IVEC 2009, Rome, Italy, p.80-81.
4. Gulyaev Yu. V., Chernozatonskii L. A., Kosakovskaya Z. Ya., Sinitsyn N.I., Torgashov G. V., Zakharchenko Yu. F. // Field Emitter Arrays on Nanofilament Carbon Structure Films / Revue "Le Vide, Les Couches Minces", 1994, № 271, p.322.
5. Воробьев А.А. Техника высоких напряжений/ А.А. Воробьев. - М.: Мосэнергоиздат, 1945. C.517.
6. Богданович Б.Ю., Калюжный В.Е., Каминский В.И., Собенин Н.П. Ускоряющие структуры и СВЧ устройства линейных коллайдеров. - М.: Энергоатомиздат, 2004.
7. С.Е. Банков, А.А. Курушин, В.Д. Разевиг "Анализ и оптимизация трехмерных СВЧ структур с помощью HFSS". - М.: СОЛОН - Пресс, 2004.
8. И.Н. Сливков "Электроизоляция в вакууме", Москва, "Атомиздат" 1972.