УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВОЛНЫ МАГНИТНОГО ТИПА В ВОЛНОВОДЕ Российский патент 2015 года по МПК G01R29/08 

Предлагаемое изобретение относится к технике измерения напряженности электрического поля электромагнитных волн в трубчатых волноводах.

Целью предлагаемого изобретения является создание прибора для непосредственного и точного измерения напряженности электрического поля волны магнитного типа в трубчатом волноводе среднего и высокого уровней мощностей.

Аналогом предлагаемого изобретения является электрический зонд, представляющий собой отрезок коаксиального кабеля, центральная жила которого черев отверстие в волноводе вводится в поле электромагнитной волны в волноводе.

Действует аналог следующим образом. Электрическое поле волны, бегущей в волноводе, индуцирует ЭДС в центральной жиле коаксиального кабеля, конец которого введен в волновод. Это позволяет с помощью соответствующего комплекта приборов получить информацию о режиме волны в волноводе (см. Валитов Р.А., Сретенский В.Н. «Радиоизмерения на сверхвысоких частотах», Воениздат Минобороны СССР, М., 1958, с.35, рис 2.4, с.219, р.5.19).

Недостаток аналога состоит в том, что в случае контроля вакуумного волновода с высоким уровнем мощности волны в нем, весьма сложно обеспечить условия вакуумной технологии и устойчивость работы электрического зонда в волноводе. Зонд будет газить и искрить!

Второй аналог представляет собой электронно-лучевой прибор, в котором электронный луч пропускается через волновод вдоль электрической компоненты магнитной волны. Регистрация эффекта взаимодействия электронного пучка с электрическим полем исследуемой волны осуществляется тормозящим напряжением на электроде перед коллектором, который регистрирует ток прошедших электронов (см. Харвей А. «Техника сверхвысоких частот», т.1, Советское радио. М., 1965, с.202).

Недостатком второго аналога является то, что он будет опасен для оператора при исследовании волноводов со средним и высоким уровнем мощности, потому что придется подавать на тормозящий электрод напряжения в несколько киловольт и более.

Прототипом предлагаемого изобретения является β-спектрометр, который использовался при измерениях энергии ускоренных электронов с энергией порядка 0,3-0,5 Mэв (см. Ишков А.П. Кандидатская диссертация. Томск, НИИЯФ ТПИ, 1969, с.42, рис.16, фото 5, 6. «Экспериментальное исследование авторезонансного ускорения электронов»).

Действие прототипа состоит в том, что пучок электронов, как и во втором аналоге, пролетая через волновод, подвергается действию вектора электрического поля $$\overrightarrow{E}$$ в волноводе, при соответствующей фазе ускоряется или тормозится. Это изменение энергии исходного пучка электронов можно зафиксировать регистрацией изменения тока в отклоняющих обмотках β-спектрометра при снятии β-спектра электронов, прошедших на коллектор.

В качестве примера предлагаемое изобретение представлено на чертежах.

На фиг. 1 показан главный вид устройства в плане при снятой верхней половины магнитопровода.

На фиг. 2 показано сечение поворотного магнита.

Позициями на фигурах показаны:

1 - волновод с исследуемой волной,

2 - электронная пушка,

3 - вектор электрического поля в волноводе,

4 - сильфон,

5 - h-образная вакуумная камера β-спектрометра,

6 - отклоняющая обмотка,

7 - внешний магнитопровод,

8 - прямопролетный коллектор,

9 - коллектор регистрации β-спектра,

10 - равновесная траектория электронов.

Действует предлагаемое изобретение следующим образом.

Электронный пучок из электронной пушки 2 под действием своей начальной скорости через пролетное отверстие в волноводе 1 проникает внутрь волновода и под действием вектора электрического поля в волноводе

$$\overrightarrow{E}={\overrightarrow{E}}_o\sin (\omega t+{\varphi }_o)$$

в зависимости от фазы инжекции ускоряется или тормозится, соответственно наращивает или уменьшает свою энергию. Подбором электрического тока в отклоняющей обмотке 6 можно вывести по равновесной траектории 10 на коллектор регистрации β-спектра 9 любые электроны, инжектированные в волновод 1 электронной пушкой 2, и соответственно зарегистрировать их β-спектр. Формально β-спектр - это зависимость тока коллектора 9 от тока отклоняющей обмотки 6. По известным аналитическим зависимостям можно контролировать режим электромагнитной волны в исследуемом волноводе.

Сильфон 4 служит для технологической настройки устройства, чтобы электронный пучок из пушки 2 эффективно пролетал на прямопролетный коллектор 8.

h-образная камера обеспечивает вакуумные условия движения электронного пучка из электронной пушки 2 на коллектор регистрации β-спектра 9. Она в прототипе изготовлена из алюминия.

Внешний магнитопровод 7 изготовляется из мягкой стали. Отклоняющая обмотка состоит из двух секции и формуется обмоточным проводом (см. Зигбан К. «Бета и гамма-спектрометрия». Физматгиз, М., 1864).

Управление β-спектрометром может быть компьютеризовано.

Основным достоинством предлагаемого изобретения является надежность измерений режима электромагнитной волны в волноводе. Габариты устройства невелики, вакуумная камера - это полбублика, а отклоняющий магнит - калач. В целом это будет весьма компактное устройство и может быть успешно применено на любом волноводе с поперечной волной среднего и большого уровней мощности.

Изобретение относится к измерительным устройствам для определения напряженности электрического поля волны магнитного типа в волноводе. Устройство представляет собой комбинацию миниатюрных β-спектрометра и электронной пушки, которые монтируются на трубчатом вакуумированном волноводе. Измерения с помощью предложенного устройства осуществляются следующим образом. Поток электронов, инжектируемых электронной пушкой, проходит через волновод, по которому распространяются волны магнитного типа, напряженность электрического поля которых изменяется по закону:. При этом часть потока электронов попадает в фазу максимального значения напряженности электрического поля. Далее электроны попадают в β-спектрометр, с помощью которого известным способом фиксируют максимальное значение напряженности электрического поля в исследуемом волноводе. Техническим результатом данного изобретения является создание прибора для непосредственного и точного измерения напряженности электрического поля волн средней и высокой мощности магнитного типа в трубчатом волноводе. 2 ил.

Устройство для измерения напряженности электрического поля волны магнитного типа в волноводе, состоящее из электронной пушки и β-спектрометра, отличающееся тем, что исследуемый вакуумированный волновод монтируется между электронной пушкой и β-спектрометром так, чтобы электронный пучок пролетал через исследуемый вакуумированный волновод по траекториям, совпадающим с линиями электрического поля в волноводе.