Чтобы катоды в условиях бомбардировки не разрушались, их укрепляют . Один из методов состоит в том, что на керн наносят никелевый порошок, после спекания образующий губчатую поверхность, которую затем пропитывают оксидом. Вместо губки можно использовать приваренную к керну никелевую сетку. Такие катоды называют синтерированным и. Катоды, полученные спеканием предварительно спрессованного в таблетки никелевого порошка и оксида, называют спеченными. Аналогичную структуру катода можно получить с помощью спеченной отдельно из вольфрамового порошка губки, пропитанной затем активным веществом. Такие катоды называют пропитанными или импрегнирован-н ы м и.

г 3

Рис. 2.17. Конструкции катодов магнетронов:

а - синтерированный катод с радиальными выводами: б - импрегнированный аксиальный катод: о - аксиальный /.-катод: / - эмиттирующий материал: 2 - цилиндры нз никеля с пористой поверхностью и молибдена; S - изолирующие втулки; 4 -танталовые диски с выводами или шайбы и втулки; J - подогреватели; б -вольфрамовая губка

Наконец, вольфрамовую губку можно располагать над полостью с активным веществом, которое через капилляры губки будет поступать на поверхность катода. Это так называемые металлокапиллярные катоды Лемменса, или L-k а т о д ы.

Все эти катоды хорошо выдерживают бомбардировку, мало искрят легко восстанавливаются при отраьпении , происходящем в результате окисления катода остаточным кислородом, имеют большой срок службы (до 10 ООО ч). Их поверхность путем механической обработки можно де-

* Искрение - это кратковременные высокочастотные пробои у поверхности катода, которые приводят к его разрушению.

лать гладкой, что важно при использовании в прикатодном пространстве электрических полей больших напряженно-стей.

В триодах и тетродах СВЧ используют подогревные оксидные, синтерированные и вольфрамовые (карбидиро-ванные) катоды.

В приборах СВЧ М-типа (магнетронах, амплитронах и др.) используют оксидные синтерированные, импрегии-рованные катоды или катоды L-типа. Примеры конструкций катодов магнетронов представлены на рис. 2.17, а-в.

В пакетированных магнетронах, у которых магнитная система является неотъемлемой конструктивной частью прибора, обычно используют аксиальные импрегнирован-ные катоды (рис. 2.17, б) и L-катоды (рис. 2.17, в). В таких приборах катод работает в условиях, когда его интенсивно бомбардируют возвращающиеся электроны и ионы. Вследствие этого происходит дополнительный разогрев катода, причем мощность разогрева может достигать 15 % выходной мощности магнетрона. Бомбардировка уменьшает срок службы катода и, следовательно, электронного прибора. Однако энергия саморазогрева в ряде случаев оказывается достаточной для нормальной работы катода, поэтому подогреватель катода можно включать только для запуска прибора.

В усилительных приборах М-типа можно использовать холодные катоды. Это связано с тем, что в вакуумных приборах всегда имеются остатки газов (около 10 молекул/см*, давлениеоколо 10 *Па). Поэтому при значительной мощности возбуждения молекулы газов, ионизируясь, будут бомбардировать катод, в результате чего и возникнет вторичная эмиссия. В этом процессе важную роль играет постоянное электрическое поле, действующее у катода. Время процесса установления тока в приборах с холодными катодами не превышает 5 не.

Катоды приборов М-типа должны обеспечивать высокие плотности тока (около 10 А/см при к 10 см, 30 А/см при X, 3 см, 100 А/см при к г 1 см). Предел увеличения плотности тока с катода определяется его искрением.

В процессе эксплуатации катоды стареют (вследствие ухудшения вакуума, уменьшения количества активного вещества). Процесс старения определяет срок службы катода, который для магнетронов составляет 500-900 ч. В конце концов, когда активное вещество будет полностью израсходовано, за счет бомбардировки может разрушиться (рас-

плавиться) керн катода и прибор выйдет нз строя. В ряде случаев выходит из строя подогреватель, так как материал подогревателя (вольфрам) при работе со временем разрушается. Процесс старения в первую очередь зависит от температурного режима катода: температура катода не должна отличаться от номинальной больше чем на ±50°.

Большое влияние на скорость старения оказывает возможное нарушение вакуума в приборе. Следует заметить, что обычно в приборах М-типа ионизированные молекулы газов за счет действия полей попадают на металлические электроды и захватываются ими, что улучшает вакуум. В вакуумных приборах 0-типа явление захвата электродами ионов отсутствует, и со временем вакуум в них ухудшается. Поэтому в таких приборах, особенно мощных, используют ионные насосы (в а к и о н ы).

Оксидные катоды могут создавать высокие плотности токов (--ЮО А/см) только в течение определенного времени (1-10 мкс). При более продолжительной работе плотность тока уменьшается приблизительно по экспоненциальному закону до ~0,5 А/см. Если катод работает в импульсном режиме (длительность импульсов 1-10 мкс, а длительность пауз около миллисекунды), то он обеспечивает плотность тока около 100 А/см. Зависимость эмиссии от времени работы связана с отравлением катода газами, выделяющимися в результате электронной бомбардировки катода, перемещением определяющих эмиссию ионов бария от поверхности катода к керну и наличием запирающего слоя между керном и покрытием. За время паузы эмиссионная способность катода восстанавливается. При уменьшении эмиссионной способности катода возникает искрение. Можно считать, что допустимая плотность тока катода, при которой еще нет искрения, обратно пропорциональна корню квадратному из длительности импульса.

Во многих приборах СВЧ: клистронах, лампах бегущей (прямой ) и обратной волны - для создания электронных потоков используют электронные пушки (ЭП), которые состоят из подогревного катода, управляющего, ускоряющего электродов и фокусирующих электродов (линз). Управляющим электродом регулируют ток ЭП, т. е. электрод выполняет ту же роль, что и сетка в электронной лампе. Ускоряющие электроды разгоняют электроны до необходимых скоростей, а фокусирующие придают потоку электронов необходимую форму. Обычно в ЭП мощных приборов эмит-тирующая площадь катода больше (до 100 раз) площади