Релятивистский свч-генератор Советский патент 1981 года по МПК H01J25/50 

(54) РЕЛЯТИВИСТСКИЙ СВЧ ГЕНЕРАТОР

1

Изобретение относится к технике веч и может быть использовано для генерации интенсивного СВЧ излучения с длинами волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.

Известно устройство для получения СВЧ излучения миллиметрового диапазона, содержащее сильноточный ускоритель, основанное на рассеянии длинноволнового излучения на релятивистском пучке электронов в более коротковолновое излучение. Устройство содержит пушку с магнитной изоляцией для создания потока электронов, источник питания пушки, магнитную систему в виде соленоида для магнитной изоляции пушки и траспортировки электронного потока через круглый волновод служащий пространством взадмодействия электронного пучка и электромагнитной волны, внешний ма1 нетрон, соединенный с волноводом трактом СВЧ и являющийся генератором накачки, и источник питания магнетрона 1.

Недостатки данного .устройства. трудность точноД синхронизации различных: источников питания магнетрона и электронной пушки/ малая интенсивность генера ора накачки, так как, импульсная мощность классических магнетронов не превышает десятка мегаватт, что в результате ограничивает коэффициент полезного действия устройства. .

Ближайшим к изобретению техническим решением является релятивистский СВЧ генератор, содержащий источник электронов, волновод, образующий пространство взаимодействия, объе10диненный с ним в одной вакуумной оболочке генератор накачки, магнитную систему вывода энергии. В качестве .генератора накачки использован карсинотрон, подключенный к концу вол15новода, обращенному к

выводу энергии. Пучок электронов, инжектируемый пушкой с магнитной изоляцией, распространяется через волновод (пространство взаимодействия).и кар20синотрон. Излучение, генерируемой карсинотроном, распространяется навстречу электронному rtOTOKy в круглый водновод. Рассеянное электромагное.излучение миллиметрового диапа25зона проходит через карсинотрон и излучается в свободное пространство через рупор для вывода СВЧ излучения 2 .

Недостатком данного устройства яв30ляется снижение КПД из-за укорочения импульса рассеянного излучения и рас ширения спектра излучения, так как пучок электронов, проходя волновод, отдает часть своей энергии, в резуль тате чего в карсинотроне генерация прекращается вследствие нарушения ус ловий резонансного взаимодействия пучка со структурой карсинотрона. Цель изобретения - повышение коэф фициента полезного действия генера.то ра. Поставленная цель достигается тем, что в релятивистском генераторе СВЧ, содержащем источник электронов, образующий пространство взаимодействия, объединенный с ним в одной вакуумной оболочке генератор накачки магнитную систему и устройство вывода энергии, генератор накачки выполнен в виде релятивистского магнетро на с катодом, анодом и выводом энер гии с СВЧ трактом, при этом волновод размещен между торцом магнетрона и устройством вывода энергии генерато ра, анод является продолжением волновода, катод выступает за торец ан да в волновод и является одновремен но источником электронов генератора а конец СВЧ тракта магнетрона подключен к концу волновода, обращенно му к устройству вывода энергии гене ратора. На чертеже изображено устройство Устройство содержит источник 1 питания в виде двойной формирующей линии сильноточного ускорителя, катод 2, многорезонаторный анодныйблок 3 релятивистского магнетрона, магнитную систему 4 устройства, вол новод 5, обраэую1дий пространство взаимодействия, релятивистский элек ронный пучок 6, рупор 7 для вывода СВЧ энергии, волноводный СВЧ тракт магнетрона. Устройство работает следующим об разом. Импульс высокого напряжения от источника 1 питания прикладывается между катодом 2 и анодным блоком 3 магнетрона и волноводом 5, так как последний соединен с анодны блоком находится под одним потенциалом с ним, и создает электрическое поле, перпендикулярное к направлению поля магнитной системы. Катод 2 образует с волноводом 5,Электронную пушку, а с анодным блоком 3 - релятивистский магнетрон. Релятивистский магнетрон и электронная пушка с взрывоэмиссио ным холодным катодом работают одновременно в режиме магнитной изоляции, которая обеспечиваемся магнитной системой 4. Магнетрон генери, рует СВЧ излучение высокого уровня мощности (10 ГВт при 2 «10 см), а коэффициент полезного действия реля тивистского магнетрона достигает 40%. Излучение, генерируемое релятиистским магнетроном, через волноводый СВЧ тракт 8, соединяющий выход елятивистского магнетрона с входом олновода 5, образующего пространсто взаимодействия, поступает в воловод 5 навстречу релятивистскому учку 6. Пучок инжектируется электонной пушкой, а его транспортировка ерез волновод обеспечивается солеоидом магнитной системы 4 устройства. Излучение, взаимодействуя с реля тивистским электронным пучком б, пре образуется в излучение миллиметрового диапазона, которое распространяется в направлении электронного пучка 6 и проходит через рупор вывода энергии генератора 7. Рупор является запредельным для излучения, генерируемого магнетроном. Благодаря отсутствию влияния рассеянного излучения на генератор накачки КПД устройства увеличивается. Кроме того, для создания электронного пучка используется часть электронного потока, создаваемого в пространстве взаимодействия магнетрона, обычно бесполезно уходящая в торцы.прибора, и таким образом экономится часть энергии, требуемой для создания электронного пучка. Более высокая интенсивность генератора накачки позволяет существенно увеличить выходную мощность, что повышает также коэффициент полезного действия релятивистского СВЧ генератора. Настоящий релятивистский генератор миллиметрового диапазона позволяет генерировать СЕЧ излучения миллиметровых длин волн с более высоким КПД к находит применение в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, в радиолокациях связи, плазмохимии .и т.д., что имеет важное народнохозяйственное значение. Формула изобретения Релятивистский СВЧ генератор,содержащий источник электронов, волновод, образующий пространство взаимодействия, и объединенный с ним в одной вакуумной оболочке генератор накачки, магнитную систему и устройство вывода энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД генератора, генератор накачки выполнен в виде релятивистского магнетрона с катодом, анодом и выводом энегрии с СВЧ трактом, при этом волновод размещен между торцом магнетрона и устройством вывода энергии генератора, анод является продолжением волновода, катод выступает за торец анода в волновод и является одновременно источником электронов генератора, а конец СВЧ тракта магнетрона подключен к концу волновода.

обращенному к устройству вывода энергии генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз

2, Жуков П.Г. и др. Возбужденное комптоновское рассеяние на релятивистском электронном пучке.- Журнал экспериментальной и теоретической физикиК. 1979, 76, 6, с. 2065 (прототип). .