Релятивистский СВЧ-прибор Советский патент 1992 года по МПК H01J25/00 

in фогмируютгп КОЛЫ1СПЫМ1Г катодпмн 1, 2 ti сильноточном диоде с магнитной мшлпииой, Геисрпторная секция конструируется с учетом обеспечения в пой одномодопой генерации Изобретение поэполит сущсстпеиио попысить мощность СВЧ-прибора миллиметрового диапазона и довести ее до 150,,, 200 МВт. 2 ил.

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, которые моt-yr ОЫТЬ ИСИОЛЬЭОПЛНМ П ФИЭИ1|Г СКИХ эксгк римрнтох по исслсдоплнию плаз- Mill, твердого тела и т.п. Целью изобретения является повышение мощности релятивистского СВЧ-прибора при сохранении им пространственно-временной когерентности вьглод1гого излучения Для этого устройство выполняют в виде двух секций, электродинамически Ьвя- занных друг с другом: одна секция меньшим диаметром генераторная 3, другая, большим диаметром - усилительная 6, Секции расположены соосно и каждую из них пронизывает свой кольцевой электронный пучок. Овапуч(Л 4 СП vl о 00

1

Изобретение относится к электрона куумпым приборам СВЧ, которые могут быть использованы п физических экспер1 ментах по исследованию плаэHI.I,

тцррдого тела и т.п.

Полью иэобрете 1ия япляется повы- innitire мощности при сохранении прост- paiicTiicHHoil и временной йогерентнос- ти ныходного излучения,

Сущность Изобретения заключается и том, что на геиераторнуго секцито и.-ишгаегся лишь требование когерентности тлучспип для чего генераторliyi i (Секцию 111|111()()Т ОГРЛНИЧОИНМХ

ii(iiii |)f4,ii,rx рппмо.рои, опродоляомых ме год.чми селекции- мод в известных гсппрпторах (D том числе и в прототипе) , а получение высокой мощности осуществляется в усилительной секции, электродинамическзпо систему которой выполняют больтого поперечного сгчопип. В соответствии с требованиями, нллагаемыкш на секции, они должны быть существенно разной мощности и иметь электродинамггческие cиcte lЫ существенно разного сечения, что Требует фор 1рования двух электронных пучков, один из которых предназначен генераторной секции, а другой - для усилительной. Поскольку гопоряторная и усилительная секции рлбот.чют на различных электронных пучках, они должны быть электроди- нпмически связаны.

Попможтюсть увеличения поперечно- г-о р;1амг.ра усилт1тельиой секции оправ дппл тем, что частота и структура ршючой полны задаются генераторной

r.OKUIICn U

Ограничение сверху на сечение уси лчтрл ной секции определяется возможностью формирования электронных потоков большого диаметра и обеспечения достаточного коэффициента уси- ломия, который для предотвращения

0

5

0

5

0

5

0

5

самовозбуждения сверхразмерной усилительной секции (согласно расчетам и экспериментальным данным) ие должен быть сл ппком большим (менее 10 ), В зависимости от иазначения прибора (например, получения когерентиого .. излучения большой мощности на коротких волнах или в длинном импульсе) и соответственно от конкретного вы- пол 1ения задающего генератора и уси- , лительной секции, возможна различная компоновка секций в приборе в одном ( случпг диаметр гс шраторной секции и дипмртр ее .)лскт)он11ого иучкд моИь- шо дипметра усилительной секции, д другом диаметры генераторной секции и ее пучка превьппают диаметр усили- . тельной секции, а малость поперечного сечения последней достигается применением коаксиа льной вставки,

В приборе возможна комбинация различных механизмов генерации и усиления электромагнитных волн,, п частности генераторная секция может быть типа черенковской ЛОВ, а. усилительная - типа твистрона, или генераторная - типа оротрона, а усилительная - типа твистрона и т.п.

На фиг,1 и 2 представле1гы различные варианты прибора использовании генераторной секции типа ЛОБ и усилительной типа твистрона

Прибор содержит электронную пушку с двумя соосными кольцевыми катодами 1 и 2, генераторную секцию .3 и усилительную секцию, состоящую . из модуляторного участка 4, участка - 5 дрейфа и участка 6 ЛОВ, В варианте, изображенном на фиг,1, коллектором 7 внутреннего формируемого катодом 1 пучка является графитовый цилиндр, установленный в торце секции 3, а функцию коллектора 8 для внешнего пучка, формируемого катодом 2, выполняет выходной волновод, В

3t/i

р;ПМ1Л1ГТ(, H:if)rip,-l -:iniOM МП фпг.2, ПОЛiiniHvi JMitiojiiinpT функцию коллектора дгтп пиутрсписго пучка, а часть 9 кор- пус.л прпборп ппляетси коллектором пнсшиего пучкп.

1лрктрод1Ч1,1мичоскля спяэь секщш Ч -. ttortv irnpiiMM уммг.тком А ог.ущрст- imiMiii мпгцсягтиом пм риугоО и itiuiitlt/lt) Д||Ф1 .ИЧ11111)ГМ()М PCIIIOTKII И), ис рпод 1 KOTDpoi i г.пягыи с ипргпмотрпмп прибора cooTiiomoiiitcM 2/Г/(1 ч: h 2 Гс/У, где h - постопппап распространения в секции 3-, V - скорость электроиоп juicmtioro пучка J f - час-тота (или гармоника) олоктромлгнитных колебаний п секции 3. Нозможны и другие кон- струкгии для обеспечояия элсктродино- MiPU CKoii снязи между секцией 3 и участком 4, н общем случае очи опре деляются типами генераторной и усилительной секций.

Секция 3 D варианте, изображеином на ф1гг.1, укреплена в усилительной секцт м посредством пстапки If, кото-, рая I редстапляет собой д&а цилиндра, соед teHHi.ix па участке 5 дрейфа радиальными скосами, не препятстпугощи- ми прохождению электронного пучка,

Возможны и другие иарианты выполнения пстапки 11, Прибор установлен в поле солечовда,i

Заданное соотнопгение токов в электронных пучках и режим работы прибо- . ра достигаются подбором геометрии диода: расстоянием от катодов до апода и взаимным расположением катодов. Pac teT параметроп электродинамических систем генераторной и усилительной; секции осуществляется в соответ- стпии с общепринятой методикой так, чтоОи частота (или ее гармоника) ге- нгг-птприп(1 секции лпжлла п полосе

yrltlKMlllll yi-inillTfJMiIIOl i ГГИЦИИ,

ГпПп ГП 11|1||(||)р/1 HdlUlHirOTCII lin П1 Иморг ко11струкци1г, припеденной на фиг.1.

Электронный пучок, формируемый катодом 1, возбуждает электродниами- ческу1о систему генераторной секции и осаждается на коллекторе 7, Частота и мода, генерируемая секцией задается параметрами электронного пучка, формируемого катодом 1,. н геометрией электродинамической системы сек

10

770Я

ции. Пследст И1е того, что элоктроди- нпм1гческая система секции 3 имеет относительно малые поперечные размеры, обеспечивающие эффективную се- лекцию Mojti, излучение геператора - одномодовое и одночастотное, Излучение из секции 3 череэ отпрргткп «

tU4ll( TI«1 1П МОДУЛИРУГГ МО CKOp H I H

электронный пучок, формируемый кпто- дом 2, Па yiracTKe 5 дрейфа усилительной секции модуляция по скорости преобразуется в модуляцию по плотности, на участке 6 модулированный элек55 тронный пучок возбуткдает электромагнитную волну, частота которой равна (или кратна) f, а структура определяется структурой излучения секции 3 и геометрией модулирующего участка

С целью экспериментального обоснования работоспособности прибора был исследован макет прибора (по

j -конструкции на фиг.1) на частоте f « 29 ГГц ( И - 10 мм). Генераторная секция (диаметр 10 мм) обеспечивала мощность 40 МВт на моде Е круглого волновода. Усилительная секция (диаметр 32 мм) повышала мощность до

0

О

Фо-рмула изобретения

Релятивистский СВЧ-прибор, содер- 5 жащий установленные соосно электронную пушку с кольцевым катодом, электродинамические системы одномодовой генераторной и усилительной секции, при этом диаметр эле стродинамической системы усилительной секции превышает диаметр катода, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с цо;г1.ю иопмпгнии мпщ

НОСЧ И при ГОХрШИЧШИ Пр 1 | Г и1СТ11С1 11« й II ПрОШЧГНОЙ ( рГ .(ГГНОГТ11 ИМХОДНОГО

излучения, электронная пушка снабжена дополнительным кольцевым катодом, диаметр которого меньше диаметра электродинамической системы генера торной секции, а электродинаьшческая

0 система усилительной сек1ц и выполнена с поперечным сечением, превьшшю- щим поперечное сечение генераторной секции и электродинамически связана с генераторной секцией.

Фис.2

: У