Прибор @ -типа с периодическим полем Советский патент 1986 года по МПК H01J25/50 

1

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для генерации мощного СВЧ-излучения в коротковолновой области длин волн.

Целью изобретения является расширение диапазона частот при одинаковом уровне генерируемой мощности и возможности перестройки частоты в процессе работы за счет использования проводника с током вместо постоянных магнитов.

На фиг, 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг, 2 - сечение по А-А фиг, 1 (без соленоида).

Устройство содержит высоковольтный источник 1 питания, электрически соединенный с цилиндрическим полым катодом 2, соленоид 3 для создания аксиального магнитного поля БД,. , магнитомягкий материал 4, покрывающий внутреннюю поверхность катода, гладкий цилиндрический анод 5 расположенный коаксиально с катодом, проводник 6, уложенный в виде змейки вдоль образующей анода, причем змейка полностью охватьюает наружную поверхность анода для создания радиального магнитного поля Б, вывод 7 СВЧ энергии, источник 8 питания соленоида и источник 9 питания проводника 6,

Устройство работает следующим образом.

После включения высоковольтного источника 1 питания и источника питания соленоида 8 на электроны, эмитируемые катодом 2, в зазоре анод-катод одновременно действуют два поля, направленные перпендикулярно друг к другу; аксиальное магнитное поле Вдг создаваемое соленоидом 3, ri радиальное электрическое поле ЕО , направленное от катода 2 к аноду 5 и зависящее от напряжения U , В результате электроны двигаются в азимутальном направлении со скоростью Vfl . При включении источника 9 питания через проводник 6, расположенный на поверхности анода 5, протекает ток, которьй создает в зазоре анодкатод дополнительное радиальное пространственно-периодическое магнитное поле Б , направленное под углом к скорости электронов VQ , Теперь электроны испытывают действи периодической результирующей, силы

76764I

в направлении оси системы. Эта сила задает электронам осцилляторное .движение, и в результате происходит группировка частиц и излучение

с электромагнитной волны сгруппированными сгустками.

Поскольку величина результирующей силы, задающей электронам осцилляторное движение, пропорциональна

0 произведению e.V .х 6 х sinT где е- заряд электронов, М - угол между V0 и В , ecTecTBeHHj3 тр бование перпендикулярности V, и Bj , В то же время ток, протекающий

5 по проводнику, создает периодическое магнитное поле, силовые линии которого описывают концентрические окружности вокруг сечения проводника, Поэтому вектор напряженности В ,

0 который направлен по касательной к силовой линии, составляет с направлением скорости электронов угол, не равный 90° , Для получения перпендикулярности между В j и Bj необходимо вытянуть силовые магнитные линии поля Bj в сторону катода, как показано на фиг, 2, С этой целью внутренняя поверхность ци.линдрического катода 2 покрыта магQ нитомягким материалом 4,

Известно, что магнитомягкие материалы, как и парамагнетики, при помещении их в магнитное поле усиливают его внутри себя вследствие совпадения направления их намагниченности с направлением внешнего поля,

в результате магнитные силовые линии радиального магнитного поля Bj стягиваются к покрытию из магнитомягкого материала 4, как показано на фиг, 2, и стремятся быть перпендикулярными к катоду 2, За счет этого выполняется и условие

перпендикулярности VQ иBJ 5 I

Мощность излучения в приборе М-типа с периодическим полем в сильной степени зависит от соотношения аксиального и радиального магнитных

50 полей. Каждому значению продольного магнитного поля Бог соответствует оптимальное значение периодического поля Б , при котором наблюдается максимум мощности излучения, так же

55 как каждому значению энергии электронов потока соответствует оптимальное значение продольного магнитного поля Во.г Применение проводника с

током для создания радиального периодического магнитного поля В , в отличие от прототипа, позволяет сво бодно варьировать величину этого поля, как и величину аксиального поля Б о , и настраивать прибор на максимальную мощность излучения в процессе работы.

По размерам проводник с током меньше постоянных магнитов, что позволяет, по сравнению с прототипом уменьшить период радиального магнитного поля Ер а, следовательно, и генерируемую длину волны излучения.

Для сравнения приведем данные расчета из прототипа. К примеру, для напряжения между анодом и катодом, равного 1 MB, и диаметров анода и катода 4,6 см и 4,1 см соответственно и для осуществления режима магнитной изоляции требуется аксиальное магнитное поле величиной 10, 3 кГс, а для получения излучения с длиной волны -j 1,5 мм период радиального магнитного поля К должен быть порядка 1 см с амплитудой , равной 2,2 кГс. С помощью постоянных магнитов на основе самарий кобальта при указанных параметрах даже с периодом 1,26 см можно создать величину радиального магнитного поля 0,68 кГс Величина радиального магнитного поля 2,26 кГс достигается лишь при периоде 5 см.

В то же время для создания такого же поля величиной 0,68 кГс с помощью проводника с током ток в последнем должен быть 2,7 кА, а для магнитного поля необходимой величины, равной 2,2 кГс, ток соответственно равен 8 кА, что вполне осуществимо при импульсном однократном режиме работы подобных устройств .

Таким образом, данный прибор Мтипа с периодическим полем по сравнению с прототипом, выбранным в качестве базового, позволяет настраивать прибор на максимальную мощность излучения в процессе работы при изменении величины прикладываемого напряжения U (для изменения генерируемой длины волны) путем изменения аксиального магнитного поля и изменения радиального магнитного поля. Предлагаемое устройство позволяет осуществлять генерацию электромагнитного излучения в более коротковолновой области длин волн, поскольку вместо постоянных магнитов, применяюшзнхся в базовом объекте, в данном устройстве используется проводник с током, расположенный на наружной поверхности анода, с помощью которого можно уменьшить период радиального магнитного поля по сравнению с базовым объектом.

ПРИБОР М-ТИПА С ПЕРИОДИЧЕС-. КИМ ПОЛЕМ, содержащий источник питания, цилиндрический полый катод, ок- руженный цилиндрическим анодом, систему создания продольного однородного магнитного поля и систему создания пространственно-периодического радиального магнитного поля, отличающийся тем, 4то, с целью расширения диапазона частот при одинаковом уровне генерируемой мощности и возможности перестройки частоты в процессе работы, система создания радиального магнитного поля выполнена в виде проводника, уложенного в виде змейки вдоль образующей анода, причем змейка полностью охватывает наружную поверхность анода, а внутренняя поверхность катода выполнена из магнитомягкого материала.