CW磁控管與脈沖磁控管效率差異初探

2015-02-13 張兆鏜 電子科技大學

  本文從電子效率與回路效率及管內電子運動的基本概念出發,分析了(連續波)CW 磁控管與脈沖磁控管效率的差別,盡管這些分析是定性與半定量的,但可以看出造成這種差異的原因所在,為進一步提高磁控管的效率指明了方向。

  連續波(CW)磁控管的效率通常在50%至92%左右,而脈沖磁控管的效率則在8%至52%之間,相比之下兩者相差約兩至數倍。究竟是什么原因造成如此巨大的差異?直到目前為止,尚未見到相關的報導。

  本文將從磁控管中電子回旋運動、電子挑選、相位聚焦、振蕩建立、以及與工作條件、結構參數等各個方面出發,定性地初步作些探討,以后有條件時將進一步作定量的研究。

提高脈沖磁控管效率的可能途徑

  (1)在滿足雷達要求的情況下,適當提高耦合度β以提高回路效率ηc 。由于目前采用高性能的隔離器或環行器,使得負載對磁控管的失配影響減至最小,完全消滅了“長線效應”,過重的耦合會增大頻牽的現象已不復存在。

  (2)盡量提高管內腔體的加工光潔度,以提高固有品質因數Qo,使得在頻牽不變前提下提高β 值。

  (3)適當增大脈沖寬度τ,但這受到雷達體制電參數的制約,應與總體設計師共同協商討論后確定。

提高CW 磁控管效率的途徑

  (1)在2450MHz頻段,CW 磁控管諧振腔的固有品質因數Qo在800~1200之間,大大低于915MHz頻段的Qo值(2500~3000),因此在相同的外觀品質因數Qe下,915MHz磁控管Qo值的增大導致了耦合度β的提高,其次低的頻率減小了腔體高頻損耗的減小,例如方法如提高內腔加工的光潔度,甚至鍍銀拋光等工藝均可達到提高Qo的目的。

  (2)適當提高工作磁場的大小,使工作點上移。在保持陽極電流不變的前提下,陽極工作電壓會有適量的增大,但總效率卻大大地提高了。目前國內外在2450 MHz頻段的CW 磁控管的效率已從72%左右提高到了78%~82% 左右,這不能不說是一個巨大的進步。

結語

  以上討論的脈沖磁控管與CW 磁控管效率差異,盡管是定性的推測,但與實際情況是符合的。如果利用先進的粒子模擬軟件分別對不同耦合度β、不同脈沖寬度τ、不同的功率Po、不同的磁場B 及陽極電壓Va

  等參數進行粒子模擬,計算電子導納及電子效率ηe,這樣就能從理論高度上去理解兩個不同工作狀態下的效率差異以及真實的原因所在。這一工作是很有意義的,有條件時將繼續完成這一工作。