Магникон Советский патент 1992 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к мощным электровакуум41ым приборам СВЧ и может быть использовано для получения больших сред

них и импульсных уровней мощности в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн при высоком КПД.

Целью изобретения является увеличение высокочастотной мощности и повышение рабочей частоты магникона.

На фиг.1 и 2 показаны конструктивные схемы магниконов,

Магникон содержит источник 1 ускоренных электронов, электродинамическую систему, включающую устройство круговой развертки, состоящей из резонатора 2 развертки и пассивного резонатора 3, и выходное устройство отбора энергии с шайбами 5 и диафрагмами 6, выводы энергии 7, устройство для создания продольного магнитного поля - соленоид 8, питаемый источником 9 тока, коллектор 10.

Устройство круговой развертки связано с продольным магнитным полем соотношением

.«,

где В - индукция продольного магнитного поля,.Тл; .

(I) - круговая частота колебаний в резонаторах, рад О ;

е,т - заряд и масса электрона, Кл, кг.

Устройство работает следующим образом.

Электронный пучок, сформированный и ускоренный в источнике 1, отклоняется системой круговой развертки. Электроны пучка на выходе пассивного резонатора 3 имеют поперечнуюскорость, сравнимую с их полной скоростью,и далее, двигаясь по винтовой траектории, параметры которой определяются величиной постоянного поля и составляющими полной скорости, попадают в выходной резонатор. Выходное устройство отбора энергии представляет резонансную структуру в виде цепочки связанных резонаторов, образованиых шайбами и диафрагмами, расстояние между которыми равно примерно Дп Л/2 , где

-отношение продольной составляV

ющей скорости электронов к скорости све та; А - рабочая длина волны. Поперечные размеры выбраны так, что в. каждом резонаторе возбуждается бегущая по азимуту волна с поперечной магнитной составляющей (т.е. распределения в области движения частиц соответствует распределению Е110 типа), фаза которой отличается от фазы волны в соседнем резонаторе на я .В таком выходном устройстве за счет переключения фазы в соседних резонаторах (ячейках) осуществляется синхронное длительное взаимодействие, поперечная скорость частиц уменьшается и их движение представляет спираль уменьшающегося диаметра. После

торможения в выходном резонаторе электроны попадают в коллектор 10. СВЧ-мощность выходного резонатора выводится с помощью вывода энергии 7 (направленного

ответвителя). Для облегчения работы выводных устройство их может быть несколько.

Этот же принцип работы прибора (т.е. полное магнитное сопровождение) может быть реализован, если выходной резонатор

выполнить в виде одиночного резонатора, имеющего размеры, необходимые для возбуждения в нем колебаний типа Е210 на частоте в два раза выше, чем частота развертки. Синхронное воздействие злектронов с электромагнитной волной в таком резонаторе при том же поле сопровождения достигается в режиме удвоения частоты, так как переключение фазы в нужный момент времени осуществляется за счет квадрупольного азимутального распределения полей.

Получение высокого КПД в магниконе

требует отклонения частиц на угол, близкий

к 90°. Получение таких углов отклонения

сопряжено с необходимостью получения больших полей в пассивном резонаторе (последнем по ходу пучка), так как именно в нем происходит отклонение на большие углы. По этой причине, в основном, уменьшаются

мощность и КПД при стремлении увеличить рабочую частоту прибора. Значительно продвинуться в сторону высоких частот (3--30 ГГц) позволят применение в качестве пассивного резонатора цепочки одинаковых

связанных резонаторов, имеющих размеры, необходимые для возбуждения в них бегущей по азимуту волны, с распределением типа Е110 и фазовой скоростью вдоль цепочки резонаторов, близкой к продольной

составляющей скорости электронов. В такой отклоняющей структуре амплитуды полей в резонаторных ячейках практически равны, а фазы в соседних могут отличаться на л, Поэтому в таком пассивном резонаторе электроны в каждой ячейке, отклоняются на Да ,.

«

Да

п

где а- полное отклонение (отклонение на выходе из пассивного резонатора): п - количество ячеек в структуре. Возможны различные модификации предлагаемых приборов, например магнйкон, в котором пассивный и выходной резонаторы представляют цепочки связанных резонаторов, помещенных в соленоид, который может быть и секционированным, выходной резонатор может иметь один или несколько выводов энергии.

Предлагаемые магниконы могут быть использованы для ВЧ-питания ускоряющих резонаторов накопительных колец, сильноточных ускорителей и других потребителей непрерывной СВЧ-мощности или импульсной. Аналитические и численные расчеты электронно-оптического тракта и взаимодействие электронов пучка с электромагнитными полями показали возможность получения 5 МВт в непрерывном режиме при высоком КПД в диапазоне длин йолн

вплоть до 10-20 см, импульсной мощности до 500-1000 МВт в диапазоне длин волн 3-5 см, Высокие параметры обеспечиваются полным магнитным сопровождением и распределенным взаимодействием при развертке пучка. Это дает возможность, во-первых, увеличить ток прибора, а во-вторых, существенно уменьшает направленность электрического поля, а следовательно, и удельные тепловые нагрузки в пассивном резонаторе.

1. МАГНИКОН, содержащий соосно расположенные источник ускоренных электродов, электродинамическую систему с отверстиями для пролета электронов, включающую устройства круговой развертки и отбора энергии, коллектор и устройство для создания продольного магнитного поля в области электродинамической системы, отличающийся тем. что. с целью увеличения мощности и КП1Д, в качестве устройства для создания продольного магнитного поля использовано устройство для создания однородного продольного магнитного поля, а электродинамическая система содержит по крайней мере систему типа цепочки связанных резонаторов с бегущей по азимуту волной Е 110 или Е 210 типов.2.Магникон по п,1, отличаю щи и с я тем. что устройство круговой развертки содержит входной и промежуточный резонаторы, при этом выполнено условиеВ=2Е.а,,где В - индукция однородного продольного магнитного ПОЛЯ, Тл;