УСКОРИТЕЛЬ С УСТРОЙСТВОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПИТАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H05H7/02 

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц с системами высокочастотного питания от автогенераторов, конкретно, к ускорителям заряженных частиц с системами высокочастотного питания от магнетронов.

Известен ускоритель с развязкой магнетрона и резонаторных секций со стоячей волной с помощью волноводного моста, в котором магнетрон через фазовращатель подключен ко входному плечу волноводного моста, а две идентичные резонаторные секции со стоячей волной - к выходным плечам волноводного моста. Волны, S_ll nотраженные от резонаторных секций со стоячей волной, отводятся в поглощающую нагрузку и на входе магнетрона отсутствуют, что обеспечивает развязку магнетрона и секций (1).

Недостатком устройства является отсутствие ускорения частиц в ускоряющих секциях со стоячей волной во время переходного режима из-за отражения волн от резонаторных секций со стоячей волной и и^6ии передачи их в поглощающую нагрузку, что приводит к снижению КПД ускорителя.

Известен также ускоритель, в котором для развязки магнетрона и резонаторной секции со стоячей волной применяется ферритовый циркулятор. В ускорителе магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секция со стоячей волной подключена ко второму плечу ферритового циркулятора, к третьему и четвертому плечам ферритового циркулятора подключены поглощающие нагрузки. Волна, отраженная от резонаторной секции со стоячей волной, отводится в поглощающую нагрузку, подключенную к третьему плечу ферритового циркулятора, и на входе магнетрона отсутствует. Это обеспечивает развязку Ы_мас магнетрона и резонаторной секции со стоячей волной (2).

Недостатком устройства является отсутствие ускорения частиц в ускоряющей секции со стоячей волной во время переходного режима из-за отражения волны от резонаторной секции со стоячей волной и передачи ее в поглощающую нагрузку, что приводит к снижению КПД ускорителя.

Задачей изобретения является повышение КПД ускорителя за счет использования энергии волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной во время переходного режима, для ускорения частиц.

Это достигается тем, что ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секции со стоячей волной подключена ко второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка подключена к четвертому плечу циркулятора, снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - эпюры зависимости амплитуды ускоряющего поля E, нормированного на установившееся значение E₀, от времени t, нормированного на постоянную времени резонаторной ускоряющей секции τ.
Магнетрон 1 подключен к первому плечу ферритового циркулятора 2, резонаторная секция со стоячей волной 3 подключена ко второму плечу циркулятора 2, к третьему плечу ферритового циркулятора 2 через фазовращатель 4 подключена нерезонаторная секция с бегущей волной 5, к четвертому плечу ферритового циркулятора 2 подключена поглощающая нагрузка 6.

На фиг. 2 эпюра 7 характеризует переходный процесс в резонаторной секции со стоячей волной 3, эпюра 8 - переходный процесс в нерезонаторной секции с бегущей волной 5, эпюра 9 является суммой эпюр переходных процессов в резонаторной секции со стоячей волной 3 и в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 и характеризует переходный процесс в ускорителе в целом.

Ускоритель работает следующим образом. Волна, отраженная от резонаторной секции со стоячей волной 3, поступает на вход нерезонаторной секции с бегущей волной 5 и возбуждает ее. Резонаторная секция со стоячей волной 3 представляет собой ускоряющую структуру с высокой добротностью, например, бипериодическую ускоряющую структуру. Нерезонаторная секция с бегущей волной 5 является низкодобротной структурой, например, круглым диафрагмированным волноводом. Амплитуда волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной 3, максимальна в начальный момент импульса, так как секция представляет собой закоротку, коэффициент отражения от которой равен -1. В процессе возбуждения резонаторной секции со стоячей волной 3 коэффициент отражения от нее уменьшается, поэтому уменьшается и амплитуда отраженной волны. Таким образом, возбуждение нерезонаторной секции с бегущей волной 5 осуществляется волной с амплитудой, являющейся максимальной в начальный момент импульса и уменьшающейся до стационарной величины. Вследствие этого ускоряющее поле в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 максимально в начальный момент импульса и уменьшается с течением времени (см. фиг. 2, эпюра 7). Использование волны, поступающей от магнетрона 1 и отраженной от резонаторной секции со стоячей волной 3 в переходном режиме, для создания ускоряющего поля в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 обеспечивает сокращение длительности переходного процесса в ускорителе в 5-6 раз и повышение его КПД (см. фиг. 2, эпюра 8). Нерезонаторная секция с бегущей волной 5 подключена к третьему плечу ферритового циркулятора через фазовращатель 4 для обеспечения оптимальной фазы влета сгустков из резонаторной секции со стоячей волной 3 в нерезонаторную секцию с бегущей волной 5.

Предлагаемое устройство позволяет сократить длительность переходного процесса в 5-6 раз, что приводит к увеличению на 60-70% полезной части высокочастотного импульса, используемой на ускорение частиц.

Источники информации
1. Кантер Б.З. Двухрезонаторная ускоряющая система. - В кн. "Электронные ускорители. Труды V межвузовской конференции" г.Томск, М., Атомиздат, 1966, с. 192-200.

2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, т. 2, М., Высшая школа, 1972, с. 308.

Ускоритель относится к ускорителям с системами высокочастотного питания от магнетронов. Ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секции со стоячей волной - к второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка - к четвертому плечу циркулятора, отличается тем, что он снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель. Изобретение обеспечивает повышение КПД ускорителя за счет использования энергии волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной во время переходного режима, для ускорения частиц. 2 ил.

Ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секция со стоячей волной - к второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка - к четвертому плечу циркулятора, отличающийся тем, что он снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель.