微波管中抑制栅电子发射及其冷阴极的探索

【摘要】：栅控脉冲行波管具有增益高、功率大、工作频带宽、体积小、重量轻、可靠性好等一系列优点，现已被广泛应用在卫星通讯、电子对抗、雷达、导弹控制等系统中，同时在现代信息中起着非常重要的作用。由于阴极与栅极之间距离很近，在行波管工作过程中，热阴极活性物质(Ba、BaO)在高温下被蒸发到栅极表面，大大降低了栅极表面的功函数，从而导致栅极发射电子，此现象称为“栅电子发射”，破坏了行波管的正常工作，严重时会导致失效。栅电子发射问题是我国在真空微波器件方面一个长期未能解决的难题。在国家973计划资助下，采用离子束辅助沉积技术在栅网表面沉积铪和铂膜来抑制其电子发射，通过研究其作用机理，进一步探索抑制栅电子发射的新型材料。研究结果表明采用离子束辅助沉积技术在钼栅网上沉积铪膜，在栅极工作过程中BaO与Hf之间发生反应生成稳定的化合物BaHfO_3，Ba与Hf互相扩散形成扩散体系，可以有效地将蒸发到栅极表面的发射物(Ba、BaO)减少，同时破坏其电子发射结构，显著降低了栅电子发射。还采用离子束辅助沉积技术在钼栅上沉积铂膜，在高温作用下阴极活性蒸发物BaO在Pt表面发生反应分解成单质Ba，栅极表面Ba的反蒸发；同时Ba与Pt之间互相扩散形成Ba-Pt扩散体系，大大减少了阴极活性物质(Ba、BaO)在栅极表面的累积，从而大大降低了栅电子发射。对上述抑制栅电子发射的机理进行对比，可得出合适的抑制栅电子发射材料能够显著地减少沉积到栅极表面的阴极活性物质，特别是低功函数BaO，这为探索抑制栅电子发射的新型材料提供了一个新的思路。采用离子束辅助沉积技术沉积的铪膜应用在南京电子管厂的XP0201脉冲大功率行波管上取得了较满意的结果。测试结果表明在工作比大，脉冲峰值功率高的情况下，镀铪栅网的栅电子发射电流明显减小；同时在大工作比情况下工作也很稳定。 为了彻底解决栅电子发射问题，国外已开始研制冷阴极。碳纳米管具有极佳