通過對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接收機的噪聲，影響磁控管頻譜主副瓣比的因素除了有設計(結(jié)構(gòu)的合理性)、工藝(陰陽極對中度，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、重復頻率、前沿上升時間)、磁場(磁場畸變，分布不均)、負載(負載適配、負載不穩(wěn))、測試信號(取樣的失真率)等因素。對于處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的磁控管，頻譜主副瓣比達到8～12dB(平方率檢波，下同)并不困難，然要進一步提高就需要深入研究了。工程實踐發(fā)現(xiàn)，排氣工藝對磁控管頻譜主副瓣比具有一定影響，適當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到12dB以上。

　　文中以C波段氣象雷達用某型號同軸磁控管為例進行論述。該型號磁控管(下稱磁控管)的陰極為海綿鎳氧化物陰極。為了對磁控管陰極溫度進行準確控制，有必要采用實驗法測定出磁控管熱絲電流與陰極表面溫度的關(guān)系。圖1是利用光學高溫計測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在750～850℃。參照從圖1可知，熱絲電流最高應加至5.5～5.8A。

圖2　碳酸鹽離解壓力與溫度曲線

　　按此方案進行陰極分解，排氣后的磁控管在不同測試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測試數(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試數(shù)據(jù)

圖3　方案1-1的磁控管頻譜主副瓣比實測圖片

　　1.2、方案1-2

　　將分解時的真空度提高一個數(shù)量級，使之維持在10^-4～10^-5Pa之間，根據(jù)圖2可知，最低分解溫度應提高到850～950℃。參照圖1可知此時熱絲電流最高應加至5.8～6.6A。按此方案進行陰極分解，排氣后的磁控管在不同測試狀態(tài)下的頻譜主副瓣比測試數(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試數(shù)據(jù)

圖4　方案1-2的磁控管頻譜主副瓣比實測圖片

　　測試結(jié)果表明，適當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。這是因為，從氧化物陰極分解的反應式可以看出：

　　影響反應向右進行的關(guān)鍵因素就是溫度的提高和CO2的去除。適當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，可以縮短分解時間，這對提高生產(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)量也會增加，使陰極發(fā)射能力下降，所以提高分解的同時，就要相應縮短分解時間。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阻止活性鋇原子的繼續(xù)產(chǎn)生。若分解溫度達到基金屬熔點，就會使基金屬過量蒸發(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(理論設計壽命2000h)，沖擊過程中真空度保持在10^-7～10^-8Pa之間，沖擊時陰極溫度取800～900℃，參照圖1，熱絲電流應加5.6～6.2A。

　　2.1、方案2-1

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

　　2.2、方案2-2

　　將沖擊時的陰極溫度提高到900℃，此時熱絲電流應加至6.2A。

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

圖5　方案2-2的磁控管頻譜主副瓣比實測圖片

　　測試結(jié)果表明，適當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一步提高。沖擊中發(fā)現(xiàn)，提高陰極溫度，陽極電流增加，管內(nèi)放氣更加厲害，沖擊時間得到縮短。這是因為，陰極溫度的提高，使陰極涂層晶格中的離子動能增強，運動加劇，鋇離子向基金屬運動，得到電子被中和成自由鋇原子，擴散至涂層中的鋇原子數(shù)量增加，陰極活性提高，因而陽極電流增加。

　　同時，更多的氧離子向涂層表面運動，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，電子對管內(nèi)陽極結(jié)構(gòu)表面(尤其是靠近陰極的陽極)轟擊更加劇烈，使陽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，進一步改善了陰極工作環(huán)境。另外，陰極溫度的提高，對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”進程，因而沖擊時間有所縮短，這也有利于生產(chǎn)效率的提高。

　　當然，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)，陰極溫度最高不應超過950 ℃。而且，真空度不應下降太厲害，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。