Генераторные тетроды для передатчиков с ШИМ

Закрытым акционерным обществом «С.Е.Д. СПб» на основе приоритетных решений разработана серия мощных генераторных тетродов для нового поколения радиовещательных передатчиков с применением широтно-импульсной модуляции и режимов класса D. Приборы обеспечивают выходную мощность 100 и 300 кВт и допускают значительные сеточные нагрузки (до 16 Вт/см²). При разработке изделий использован новый метод создания высокоэффективных антиэмиссионных покрытий сеток из интерметаллических соединений с применением вакуумно-дуговой технологии. Разработанные электронные лампы нашли применение в новых радиовещательных передатчиках, что позволило обеспечить увеличение промышленного КПД до 94%, снизить массогабаритные показатели передетчиков и повысить их надежность. Долговечность ламп в реальных режимах эксплуатации достигает 10….12 тыс. часов.

Разработанной по распоряжению Правительства РФ № 706р от 25.05.04 г. Государственной программой развития телерадиовещания в России на период 2005—2015 гг. предусматривается значительное увеличение эффективности работы мощных радиопередающих устройств ( РПУ ). Эта задача может быть осуществлена на основе реализации принципов широтно - импульсной модуляции ( ШИМ ) с применением режимов класса D, при которых значения анодных КПД достигают более 94 % и не зависят от уровня усиливаемого сигнала. Кроме этого, такое решение позволяет обеспечить возможность перехода на цифровое вещание, значительно улучшить качество передачи и увеличив количество программ.

Использование принципов широтно-импульсной модуляции в модуляторных каскадах потребовало существенного пересмотра требований и к их активным компонентам — мощным генераторным и модуляторным лампам [1]. Особенно актуальной данная проблема оказалась в ходе разработки ламп максимального уровня мощности ( 200….500 кВт ). Электронные структуры соответствующих ламп, обеспечивающие эффективную коммутацию токов 50….200 А на уровнях напряжений 20….45кВ, должны иметь конструктивно тонкую и точную структуру, работающую в условиях высоких ( до 1500 К ), температур, и выполнять функциональные задачи противоположного плана — обеспечивать высочайший токоотбор с катода в сотни ампер и минимальную эмиссию с сеток на уровне не более единиц мА.

Расчеты показывают, что для обеспечения устойчивой работы экранирующие сетки ламп должны обеспечивать возможность рассеивания до 16Вт/см².

Для снижения мощности, выделяемой на экранирующих сетках, разработана их оригинальная конструкция с двойной навивкой. Такая конструкция обеспечивает еще и выигрыш по катодному току при значительно сниженной проходной емкости ( на 30% ), что позволяет существенно уменьшить вероятность возникновения паразитной генерации.

Для уменьшения эмиссии с сеток, изготавливаемых из тугоплавких материалов ( вольфрам, молибден, сплавы на их основе ), применяются различные по составу и методам нанесения антиэмиссионные покрытия. В настоящее время самым эффективным антиэмиссионным покрытием считается интерметаллическое соединение Pt₃Zr, получаемое в результате термического взаимодействия платины и карбида циркония [2].

Для нанесения такого покрытия на сетки высотой более 150мм специально был разработан, сконструирован и изготовлен вакуумно-дуговой источник плазмы протяженной конструкции, работающий в импульсном режиме и формирующий направленный ленточный поток (рис. 1). Конструкция источника плазмы защищена патентом на изобретение [3].

Рис. 1. Общий вид (а) и конструкция (б) вакуумно-дугового источника плазмы протяженной конструкции: 1,2 — источники питания дуги и поджигающего электрода; 3 — дугогасящий экран; 4 — катод; 5 — формирующий экран; 6 — магнитная система; 7 — поджигающий электрод; 8 — анод; 9 — сетка генераторной лампы; 10 — планетарный механизм вращения; 11 — источник смещения; 12 — двигатель

Выбранный режим работы обеспечивает более низкую рабочую температуру катода источника плазмы, за счет чего снижается количество капель, генерируемых в плазменный поток, и повышается качество синтезируемого покрытия [ 4 ].

Для осуществления синтеза соединений в генерируемый плазменный поток вводится реакционно-способный газ. Выбор скорости его подачи при этом основывается на согласовании потоков взаимодействующих частиц металлических ионов с молекулами газа. Разработанный технологический режим, учитывающий работу испарителя, расстояние между катодом и сеткой, а также температуру сеточного электрода, позволил получить покрытие ZrC с хорошо сформированной кристаллической структурой [ 5 ].

После нанесения такого покрытия на сетку гальваническим способом осаждается платина и термической обработкой в системе Pt—ZrС—Мо (W) ( при температуре 1470 К ) проводится их химическое взаимодействие с образованием интерметаллического соединения:

Таким образом, предлагаемая технология позволяет получить интерметаллическое соединение Pt₃Zr высокого качества и тем самым обеспечить заданные эксплуатационные свойства антиэмиссионных сеточных покрытий.

Применяя результаты проведенных исследований, в ЗАО «С.Е.Д. СПб» была спроектирована серия мощных генераторных тетродов с существенно увеличенными допустимыми мощностями рассеивания на сетках для новых эффективных РПУ.

Разработанные для новых эффективных радиопередающих устройств с использованием широтно-импульсной модуляции генераторные тетроды ГУ-94А и ГУ-104АМ с выходной мощностью 100 и 300 кВт представлены на рис.2.

Рис. 2. Мощные генераторные тетроды для нового поколения передатчиков с ШИМ: а) ГУ-104АМ; б) ГУ-94А.

В настоящее время указанные тетроды используются на ряде региональных передающих центров в передатчиках, разработанных ФГУП НПЦ РРТ «Даймонт» ( г. Санкт-Петербург ) с использованием режимов ШИМ.

Источники

1. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств. Под ред. А. Д. Артыма. — М.: Радио и связь. 1987. — 176 с.

2. Платина, ее сплавы и композиционные материалы. Под ред. Е. В. Васильевой. — М.: Металлургия. 1980. — 296 с.

3. Н. З. Ветров, В. Г. Кузнецов, А. А. Лисенков и др. Вакуумно-дуговой источник плазмы. Патент РФ № 2180472.//2002. Б. И. № 7.

4. Ю. А. Быстров, Н. З. Ветров, А. А. Лисенков и др. Способ получения интерметаллического антиэмиссионного покрытия. Патент РФ № 2261940.//2005. Б. И. № 5.

5. Н. З. Ветров, А. А. Лисенков, Э. Г. Павлюк. Особенности синтеза покрытий из металлической плазмы вакуумно-дугового разряда./Сборник докладов 5-й международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». 22—27.04.2002. Под ред. В. И. Лапшина, В. М. Шулаева — Харьков: ННЦ ХФТИ, 2002. С. 156—159.

Н. Ветров, В. Прилуцкий, Е. Прялухин