通過對(duì)陰極分解溫度和激活溫度的合理控制，不僅使陰極的活性和發(fā)射穩(wěn)定性得到顯著提高，而且使管內(nèi)電極除氣更加徹底，改善了互作用空間電子云的分布狀態(tài)，有效提高磁控管的工作穩(wěn)定度，使磁控管頻譜主副瓣比提高到12dB(平方率)以上。

　　磁控管頻譜主副瓣比直接影響到雷達(dá)接收機(jī)的噪聲，影響磁控管頻譜主副瓣比的因素除了有設(shè)計(jì)(結(jié)構(gòu)的合理性)、工藝(陰陽(yáng)極對(duì)中度，管內(nèi)真空度)、陰極性能(發(fā)射大小及穩(wěn)定度)因素以外，還有調(diào)制脈沖(脈沖寬度、重復(fù)頻率、前沿上升時(shí)間)、磁場(chǎng)(磁場(chǎng)畸變，分布不均)、負(fù)載(負(fù)載適配、負(fù)載不穩(wěn))、測(cè)試信號(hào)(取樣的失真率)等因素。對(duì)于處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的磁控管，頻譜主副瓣比達(dá)到8～12dB(平方率檢波，下同)并不困難，然要進(jìn)一步提高就需要深入研究了。工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，排氣工藝對(duì)磁控管頻譜主副瓣比具有一定影響，適當(dāng)提高分解和直流沖擊(電子激活)過程的陰極溫度，能夠使磁控管頻譜主副瓣比達(dá)到12dB以上。

　　文中以C波段氣象雷達(dá)用某型號(hào)同軸磁控管為例進(jìn)行論述。該型號(hào)磁控管(下稱磁控管)的陰極為海綿鎳氧化物陰極。為了對(duì)磁控管陰極溫度進(jìn)行準(zhǔn)確控制，有必要采用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定出磁控管熱絲電流與陰極表面溫度的關(guān)系。圖1是利用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)定的熱絲電流與陰極表面溫度曲線。

圖1　熱絲電流與陰極表面溫度曲線

1、提高陰極分解溫度

　　1.1、方案1-1

　　考慮到抽氣速率和生產(chǎn)效率問題，初步確定，陰極分解時(shí)真空度維持在10^-3～10^-4Pa之間。從堿土金屬碳酸鹽分解溫度與離解壓力曲線(圖2所示)可以看出，碳酸鋇的離解壓力最小，所以確定陰極分解的最低溫度應(yīng)在750～850℃。參照從圖1可知，熱絲電流最高應(yīng)加至5.5～5.8A。

圖2　碳酸鹽離解壓力與溫度曲線

　　按此方案進(jìn)行陰極分解，排氣后的磁控管在不同測(cè)試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。頻譜如圖3所示。

表1　方案1-1的磁控管頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3　方案1-1的磁控管頻譜主副瓣比實(shí)測(cè)圖片

　　1.2、方案1-2

　　將分解時(shí)的真空度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，使之維持在10^-4～10^-5Pa之間，根據(jù)圖2可知，最低分解溫度應(yīng)提高到850～950℃。參照?qǐng)D1可知此時(shí)熱絲電流最高應(yīng)加至5.8～6.6A。按此方案進(jìn)行陰極分解，排氣后的磁控管在不同測(cè)試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。頻譜如圖4所示。

表2　方案1-2的磁控管頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)

圖4　方案1-2的磁控管頻譜主副瓣比實(shí)測(cè)圖片

　　測(cè)試結(jié)果表明，適當(dāng)提高陰極分解溫度能使磁控管頻譜主副瓣比得到一定程度的提高。這是因?yàn)椋瑥难趸�物陰極分解的反應(yīng)式可以看出：

　　影響反應(yīng)向右進(jìn)行的關(guān)鍵因素就是溫度的提高和CO2的去除。適當(dāng)提高分解溫度和真空度，可使碳酸鹽得到充分分解，有利于產(chǎn)生充足的活性鋇原子，使陰極的發(fā)射性能達(dá)到最佳狀態(tài)。另一方面，分解溫度的提高，有利于分解得的到氧化物迅速形成共晶體，使陰極獲得更加良好的發(fā)射性能。這樣，磁控管工作穩(wěn)定度進(jìn)一步提高了，頻譜主副瓣比也就提高了。目前，超高真空排氣臺(tái)在分解中提供10^-7Pa以上的真空度已不成問題，這為分解溫度的提高提供了可能。另外，提高分解溫度，可以縮短分解時(shí)間，這對(duì)提高生產(chǎn)效率也是有利的。

　　值得注意的是，分解溫度并非越高越好。隨著分解溫度的升高，碳酸鹽分解所得到的氧化物的蒸發(fā)量也會(huì)增加，使陰極發(fā)射能力下降，所以提高分解的同時(shí)，就要相應(yīng)縮短分解時(shí)間。分解溫度升高，熱絲溫度也要提得更高，這就極易造成熱絲絕緣層的短路，甚至燒斷熱絲。分解溫度過高，過早生成的氧化物共晶體將會(huì)阻止活性鋇原子的繼續(xù)產(chǎn)生。若分解溫度達(dá)到基金屬熔點(diǎn)，就會(huì)使基金屬過量蒸發(fā)沉積在陰極表面，使涂層被沾污及造成漏電。一般來(lái)說，陰極分解溫度不宜超過1050℃。

2、提高直流沖擊(電子激活)溫度

　　考慮磁控管壽命問題(理論設(shè)計(jì)壽命2000h)，沖擊過程中真空度保持在10^-7～10^-8Pa之間，沖擊時(shí)陰極溫度取800～900℃，參照?qǐng)D1，熱絲電流應(yīng)加5.6～6.2A。

　　2.1、方案2-1

　　沖擊時(shí)將陰極溫度控制在800℃，相應(yīng)的熱絲電流加至5.6A。按此方案完成直流沖擊，排氣后的磁控管在不同測(cè)試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，頻譜如圖4所示。

　　2.2、方案2-2

　　將沖擊時(shí)的陰極溫度提高到900℃，此時(shí)熱絲電流應(yīng)加至6.2A。

　　按此方案完成直流沖擊，排氣后的磁控管在不同測(cè)試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。頻譜如圖5所示。

表3　方案2-2的磁控管頻譜主副瓣比測(cè)試數(shù)據(jù)

圖5　方案2-2的磁控管頻譜主副瓣比實(shí)測(cè)圖片

　　測(cè)試結(jié)果表明，適當(dāng)提高直流沖擊的陰極溫度能使磁控管的頻譜主副瓣比得到進(jìn)一步提高。沖擊中發(fā)現(xiàn)，提高陰極溫度，陽(yáng)極電流增加，管內(nèi)放氣更加厲害，沖擊時(shí)間得到縮短。這是因?yàn)椋�陰極溫度的提高，使陰極涂層晶格中的離子動(dòng)能增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)加劇，鋇離子向基金屬運(yùn)動(dòng)，得到電子被中和成自由鋇原子，擴(kuò)散至涂層中的鋇原子數(shù)量增加，陰極活性提高，因而陽(yáng)極電流增加。

　　同時(shí)，更多的氧離子向涂層表面運(yùn)動(dòng)，失去電子形成氧氣溢出涂層表面。更為重要的是，陰極溫度的增加，電子對(duì)管內(nèi)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)表面(尤其是靠近陰極的陽(yáng)極)轟擊更加劇烈，使陽(yáng)極表面吸附的氣體及氧化物得到更為徹底地“脫附”，因而管內(nèi)放氣更加厲害。這些氣體和污物被抽走，進(jìn)一步改善了陰極工作環(huán)境。另外，陰極溫度的提高，對(duì)于避免因轟擊電極大量放出的氣體使陰極中毒也是有利的。陰極溫度的提高，加速了陰極“電子激活”和氣體“脫附”進(jìn)程，因而沖擊時(shí)間有所縮短，這也有利于生產(chǎn)效率的提高。

　　當(dāng)然，直流沖擊中，為了避免陰極活性物質(zhì)和基金屬的大量蒸發(fā)，陰極溫度最高不應(yīng)超過950 ℃。而且，真空度不應(yīng)下降太厲害，若放氣過大，可逐漸提高熱絲電流或直流電壓，直至真空度上升。

3、結(jié)論

　　頻譜主副瓣比是磁控管工作穩(wěn)定度的一種反映，在磁控管的排氣過程中，合理選取分解和直流沖擊的陰極溫度，將使陰極分解更加充分，電極除氣更加徹底，對(duì)于提高陰極活性和減少雜質(zhì)離子轟擊，避免引起陰極濺射和中毒，改善互作用空間電子云的分布狀態(tài)均十分有利，有效提高磁控管工作穩(wěn)定度，使頻譜主副瓣比提高到12dB(平方率)以上。