Введение к работе
Актуальность исследования.
Важнейшим показателем совершенства новой техники, особенно энергонасыщенной, является ее эффективность.
Аппаратура радиовещания, имеющая вековую историю развития, относится к самым энергонасыщенным областям электроники. Усилиями мирового сообщества ученых-радистов, среди которых самые яркие достижения принадлежат нашим соотечественникам, аппаратура радиовещания получила достойное развитие.
Однако в настоящее время эксплуатируемый парк вещательных радиопередающих устройств укомплектован аппаратурой, разработанной в 70-х годах XX века и выпускавшейся до 90-х годов. Мощная электроника, обеспечивающая комплектацию данной техники, также основывается на конструктивно-технологических достижениях 20 - 30 летней давности. Реализуемый уровень надежности соответствующего парка МГЛ лежит в диапазоне наработок 4-15 тыс. часов и может быть незначительно (в пределах 1,5 - 2,0 раз) увеличен за счет совершенствования условий эксплуатации. Эффективность работы (промышленный к.п.д.) оконечных и предоконеч-ных каскадов радиопередающей аппаратуры (РП), определяемая как параметрами мощных генераторных и модуляторных ламп, так и схемотехническими решениями аппаратуры конца 60-х годов XX века, находится в пределах 35 - 48 % применительно к номинальному уровню излучаемой мощности.
Таким образом, на сегодняшний день стала очевидной необходимость применения схемотехнических решений, позволяющих значительно повысить эффективность работы вновь создаваемых радиопередающих устройств (РПУ) - решений, реализующих принципы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и обеспечивающих возможность перехода на цифровое вещание, учитывая легкость промышленной реализации соответствующих приемных устройств.
Применение принципов ШИМ в модуляторных и радиочастотных
каскадах потребовало существенного пересмотра требований и к их актив
ным компонентам - мощным генераторным и модуляторным лампам. Осо-
, бенно актуальной данная проблема оказалась в ходе реализации на прибо-
рах максимального уровня мощности 200-500 кВт. Электронные структуры соответствующих ламп, обеспечивающие эффективную коммутацию токов в 50-200 А на уровнях напряжений в 20-45 кВ, должны иметь конструктивно тонкую и точную структуру, работающую в условиях высоких, до 2000К, температур, и выполнять функциональные задачи противоположного плана - обеспечивать высочайшую эмиссионную способность катода в сотни ампер и минимальную эмиссионную возможность обеих сеток на уровне не более единиц миллиампер.
ждал
Актуальность данной проблемы подтверждается и разработкой по распоряжению Правительства РФ №706-р от 25.05.04. государственной программы развития телерадиовещания в России на период 2005-2015г.г.
Цель работы.
Целью диссертационной работы является исследование путей совершенствования конструкции и технологии МГЛ для РПУ, создание научных основ получения высокоэффективных антиэмиссионных покрытий из интерметаллических соединений с использованием вакуумно-дуговой технологии и разработка на базе этих исследований серии МГЛ для РПУ с использованием ТТТИМ, обеспечивающих повышенные требования к мощности рассеивания экранных сеток и надежности.
В соответствии с поставленной целью основными направлениями работы являлись:
исследование динамического режима работы РПУ с использованием ІІГИМ и определение требований к параметрам и характеристикам МГЛ;
исследование антиэмиссионных покрытий из интерметаллических соединений с использованием вакуумно-дуговой технологии;
разработка вакуумно-дуговой технологии нанесения высокоэффективных антиэмиссионных покрытий на сетки МГЛ;
разработка оборудования для новых технологических операций нанесения высокоэффективных антиэмиссионных покрытий;
исследование тетродних электронно-оптических систем с целью их оптимизации для улучшения токораспределения и снижения мощности рассеивания экранных сеток;
разработка методики измерения термотоков экранных сеток под нагрузкой;
разработка на базе проведенных исследований серии МГЛ для РПУ с использованием ШИМ, обеспечивающих повышенные требования к мощности рассеивания экранных сеток и надежности.
Методы исследований.
При решении поставленных задач применялись следующие основные методы исследований:
анализ и обобщение литературных данных в области проектирования РПУ и МГЛ для модуляторных и радиочастотных каскадов;
методы математического моделирования с использованием средств вычислительной техники;
рентгеновский метод исследования поверхности;
метод оптической фиксации быстро протекающих процессов;
осциллографический метод измерения параметров.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Использование спиральных сеток с двойной навивкой в МГЛ позволяет улучшить токопрохождение на 15-20%, снизить мощность рассей-
вания на 10-15% и уменьшить вероятность возникновения паразитной внут-риламповой генерации.
2. Протяженный импульсный вакуумно-дуговой источник плазмы
обеспечивает снижение рабочей температуры катода с 800 до 430К, в ре
зультате чего уменьшается капельная фракция наносимого покрытия и
улучшается его стехиометрический состав.
3. Последовательное осаждение на сетку перед нанесением антиэмис
сионного покрытия слоев материала сетки и его карбида толщиной не более
1 мкм снижает механические напряжения, уменьшает диффузию материала
/ покрытия в подложку, что обеспечивает стабильность и качество покрытия,
повышая надежность и долговечность МГЛ.
Научная новизна работы.
-
Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований высокоэффективных антиэмиссионных покрытий из интерметаллических соединений с использованием вакуумно-дуговой технологии, а также конструкции и технологии МГЛ, направленный на создание серии МГЛ для эффективных РПУ с использованием ШИМ, обеспечивающих повышенные требования к мощности рассеивания экранных сеток и надежности.
-
Исследовано влияние геометрических характеристик сеток МГЛ сложной конструкции на токопрохождение с целью уменьшения выделяемой на экранной сетке мощности и снижения вероятности возникновения паразитных внутриламповых колебаний.
-
Исследовано влияние подслоя карбида материала основы на стабильность состава, параметры и долговечность антиэмиссионного покрытия сеток МГЛ. Показано, что введение в состав покрытия подслоя карбида материала основы, повышает качество и стабильность покрытия и, препятствуя диффузии материалов покрытия в керн, увеличивает надежность и долговечность МГЛ.
-
Разработана технология нанесения высокоэффективных антиэмиссионных покрытий из интерметаллических соединений вакуумно-дуговым методом и технология изготовления сеток МГЛ сложных конструкций, обеспечивающая их конструктивную надежность и формоустойчивость.
5. Исследованы системы водяного и воздушного охлаждения анодов
' МГЛ, показано, что организация регулярности потока охлаждающего агента
позволяет повысить эффективность охлаждения на 20-30%.
Практическая значимость работы.
Результаты исследования использованы при проектировании, производстве и эксплуатации генераторных ламп большой мощности с вольфрамовым торированным карбидированным катодом, предназначенных для работы в эффективных радио передающих устройствах.
На основе результатов проведенных исследований:
-
Разработаны оригинальные конструкции сеток с двойной навивкой, отличающиеся технологичностью, хорошим токопрохождением и устойчивостью к возникновению паразитных внутриламповых колебаний.
-
Внедрена в производство технология нанесения высокоэффективных антиэмиссионных покрытий из интерметаллических соединений ваку-умно-дутовым методом и технология изготовления сеток МГЛ сложных конструкций, обеспечивающая их конструктивную надежность и формо-устойчивость.
-
Разработана методика оценки эффективности антиэмиссионных покрытий измерением величины обратного тока под нагрузкой.
-
Разработаны конструкции анодов с "рубашками" водяного охлаждения и радиаторов воздушного охлаждения, обеспечивающие повышение эффективности за счет организации регулярного потока охлаждающего агента.
-
Разработана на базе проведенных исследований серия МГЛ для эффективных РПУ с использованием ШИМ, две из которых, ГУ-94А и ГУ-104АМ, доведены до серийного выпуска.
-
Разработанные методики, технологии и конструкторские решения внедрены в производство МГЛ на предприятии «С.Е.Д.-СП6» г. Санкт - Петербург. Экономический эффект от внедрения составил 5518,066 тыс. руб.
Апробация работы.
Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на:
5 Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения», АПЭП-2000. Новосибирск, 2000.
4 Международном симпозиуме «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2001.
' Международной специализированной выставке-конгрессе «Электротехнологии XXI века», ЭЛТЕХ-2001, С-Петербург, 2001.
* 5 Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудо
вание», Харьков, 2002.
6th international conference on actual problems of electronic instrument engineering proceeding. АРЕШ-2002. Novosibirsk, 2002.
* 7 Международной конференции «Актуальные проблемы электронно
го приборостроения», АПЭП-2004. Новосибирск, 2004.
Материалы диссертации использовались в работе, удостоенной Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники за 2000 год.
Реализация работы в промышленности.
На базе проведенных исследований создана серия МГЛ для эффективных РПУ с использованием ШИМ, две из которых, ГУ-94А и ГУ-104AM, доведены до серийного выпуска. Разработанные методики, технологии и конструкторские решения внедрены в производство МГЛ на предприятии
«С.Е.Д.-СПб» г. Санкт - Петербург. Экономический эффект от внедрения составил 5518,066 тыс. руб.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них - одна монография, 9 статей в научно-технических журналах, тезисы к 4-ем докладам
, на Международных и Российских научно-технических конференциях и
один патент на изобретение. Личное участие автора в указанных работах и докладах выразилось в определении цели, разработке методов исследова-
( ния, проведении экспериментов, анализе и обобщении результатов, форми-
ровании научных выводов.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, и 7-ми приложений. Основная часть работы изложена на 176 страницах машинописного текста. Работа содержит 71 рисунок и 27 таблиц,
