Релятивистский магнетрон Советский патент 1982 года по МПК H01J25/58 

(54) РЕЛЯТИВИСТСКИЙ МАГНЕТРОН

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности, к конструкциям сверхмощных р|елят1и;ви1стски х импульсных Магнет,роло.в, катоды KOTOipbix ра|ботают в режиме взрывной эм-иссии.

Известно, что одной из наяболее 1сложных Проблем iB .магаетроне является гароблема конструкции видов колебаний и обесоечевия стабильной работы магнетрона на одном рабочем виде колебаний, поскольку в собственно |рез10йато.р;ной системе магнетрона имеются благоприятные условия для возбуждения паразитных видов колебаний.

Изшестан магнетрон, в котором с -целью повышения скорости :И стабильности нарастания колебаний ра-бочей частоты создаются в начальный момент после подач1и «мпульса анодного напряжения более благоприятные услов-ия для возбуждения колебаний рабочего вида за счет применения катода, на эмиттирующей поверхности которого вдоль icилoвыx ЛИНИЙ магнитного поля располагаются ряды коротких штырей с .заостренными концами 1.

Однако при работе катода мапнетрона в режиме взрывной эмиссии длительное использование такой конструкции невозможно из-за сильной эрозии этих штырей, что особенно существенно при (работе с периодическим следованием имлульсов аноднОГО напряжения.

Кроме того, при микросекундной длительности импульса анодного напряжения повышенная .напряженность электрического поля в районе расположения штырей приводит к пробою промежутка анод-катод и быстрому закорачиванию диода, что ведет к .сокращению длительности .импульса генерируемых колебаний и уменьшению КПД магнетронного генератскра.

Известен релятивистский магнетрон, содержащий катод с эмиттируюшей поверхностью, анод и источник ма-гноитного поля 2. Катод магнетрона работа-ет IB режиме взрывной эмиссии. При больших скоростях нарастания анодного .натряжешия в таком магнетроне .возникают сильные Нбстабильности колебаний пространственного заряда, в результате чего колебания становятся нестабильными, а скорость их установления велика, что особенно недопустимо при наносекундной длительности Импульсов.

Целью изобретения Я вляется увеличение скорости возбуждения магнетрона и обеспечение стабильной работы на одном -рабачеы виде колебаний.

Это достигается тем, что в релятивистском магнетроне, содержащем катюд, анод и источник магнитного поля, эмиттирующая inoBiepx,HOCTb катода выполнена ;в виде двух груоп чередующихся полос, ориентированных вдоль силовых лииий магнитного поля, причем полосы разиых груоп изготовлены из (Материалов с различной .ра-ботой выхода, число полос в Прушпе равло яоимеру рабочего вида колебаний, а .расстояния между центрами ПОлос одной группы .рааны. Кроме того, ПОЛОСЫ одной ,гру1п;пы .могут быть выполнены из металла, полосы другой - из диэлектрика. На чертеже схематически изображено поперечное сечение магнетрона, содержащего .катод 1, анод ;2, полосы из металла с больпюй работой выхода или из диэлектрика 3, полосы, выполненные «з .металла с малой работой выхода, 4. Катод соединен с ц.внтр альнЫ|М электродом линии Блю.мляйна или непосредсттвен«о с генер.атором импульсного напряжения. Анод 2 соединен с внешним электродом линии Блюмляйна или заземлен. Магнитное поле на.правлено вдоль оси прибора. Импульс напряжения приложен .между катодом I и анодам 2 и создает эл.ектрическое поле, перпендикулярное к направлению .магнитного поля. Вывод СВЧэнергии производится или от О|дного из резонаторов с помощью волновода, или дифракционно по оси Млгнетрона. Число полос 4 выбирают ра(вным номеру рабочего вида колебаний. Азимутальная .ширина полосы определяется угловой шириной электронной опищы формирующего в пространстве взаимодействия электронного заряда и может быть .найдена как -,,,. и„,,и, -о -агч. со.ъ где N - число резонаторов анодного блока;Ло - угловая ширина спицы; i/nop- пороговое напряжение рабочего вида колебаний; и а - анодное напряжение; t/m - амплитуда высокочастотного .напряжения на аноде. Расстояние между полосами 4 .равно азимутальному периоду высокочастотного поля рабачего вида колебаний. Очевидно, что полосы 4 следует раопола.гать против ла-мелей анодного (блока. Предлагаемое устройство работает следую1щим образом. В |пер.вый момент времени после .подачи «.мпульса анодного наиряжения за счет явления вз|рыв1ной эмиссии начинает формироваться неравномерный по азим.уту иростран1СТ1венный заряд (н0ра номер.ность его обусловливается увеличенной эмиссией электронов с полос 4), конфигурация котораго соответствует .конфигурации высокочастотного поля рабочего вида колеба.ний. Этот .неравномерный пространственный заряд наво.дит о резонаторах а.нодного блока колебания рабочего в.и.да. Та.ким образом, уже с момента начала эмиссии электронов .в цро.странстве .взаимодействия м.агнетрона создаются оптимальные условия для поддержания рабочего вида .колебаний, что обеопечЕвает у.вел.ичение скорости в.озбуждения .магнетрона и стабильную работу .на рабочем в.иде колебаний. Вв1едение .диэлектрика приводит к возникновению незавершенного разряда по .его поверхности, что способствует образова.нию плазмы. Применение изобретения позволяет уменьшить длительность фронта СВЧ-.импульса, устрагаить .флуктуации переднего фронта импульса, о беспечить малый уход частоты от импульса к и.м.пульсу, устранить сдвиг колебаний с рабочего на паразитный вид. Таким образам, :пр.едлагаемый магнетрон позволяет генерировать сверхмощные СВЧ-импульсы нано- и микросекундной длительности как в одиночном, та.к и в м.ногоимпульсном режимах .и найдет применение в исследова.ниях ino управляющему термоядерному синтезу, в радиолокаци1 .на св.ерхдальние расстояния, IB сильновиглощающйхся средах и т. д. Формула изобретения 1.Реляхввистский магн.етран, содержащий катод с эмиттирующей поверхностью, а.нод-и источник ма.г.нитного поля, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости возбуждения .мапнетрона IH .обеспечения стабильной работы на одном рабочем виде колебаний, эмитирующая ловархность катода выполнена в 1ви.де двух групп чередующихся пол.ас, ариентнрованных вдоль силовых линий магнитного .поля, причем полосы разных трупп изготовлены из материалов .с различной работой выхода, ч.исло полос в Г1руп:пе равно .номеру рабочего .вида колебаний, а расстояния между центрами полос одной г.р.уппы равны. 2.Магнетрон ео ,п. 1, отличающийс я тем, что полосы одной .группы выполнены из металла, полосы другой - из диэлектрика. Источ.н.ики информации, принятые во БЕймание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР N9 365692, .кл. Н 01 J 25/58, 1972. 2.Диденко А. И. и др. Исследование генерации мощных СЕЧ колебаний с поочощью .релятивистского магнетрона. Письма в ЖТФ, т. 4, вып. 1, 1978 (прототип).