Электронный прибор свч-магникон

 

I. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР СВЧМАГНИКОН ,содержащий устройство для формирования пучка заряжённых частиц , ускорительную трубку отклоняющую систему для круговой развертки пучка, цилиндрический выходной, резонатор, снабженный выводами энергии и имекяций размеры, необходимые дпя возбуждения бегущей по азимуту волны, отличающийся тем. что, с-целью увеличения .мощности прибора и повьпиения его рабЪчей частоты, выходной резонатор снабжен средством для создания в нем продольного , аксиально-симметричного, постоянного магнитного поля величины гпсо В - индукция магнитного поля, Тл; hi - масса заряженной частицы, кг; е - заряд частицы, Кл; СО - круговая частота развертки, рад/с, направленного так, что направление (Л циклотронного вращения частиц пучка совпадает с направлением круговой развертки, а торцовые стенки резонатора имеют осесимметричные отверстия для прохождения пучка. 2. Прибор СВЧ по п. I, о т л и чающийся тем, что средство создания магнитного поля вьшолнено в виде соленоида, охватывакяцего вы00 ходной резонатор и соосного ему. 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 H 01 J 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (21) 3467164/18-21 (22) 09.07.82 (46) 30.01.86 ° Бюл. ¹ 4 (71) Институт ядерной физики СО

АН СССР (72) М.M. Карлинер, Е.В. Козырев, А.IO. Максимов, О.А. Нежевенко и Г.Н. Острейко (53) 621.385.6 (088.8) (56) Г.И. Будкер и др. Гирокон— высокоэффективный преобразователь энергии мощного релятивистского пучка для СВЧ-питания ускорителя заряженных частиц. Атомная Энергия, т.. 44, № 5, 1978, с. 397.

Авторское свидетельство СССР

¹ 375000, кл. Н 01 J 25/00, 1976. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР СВЧМАГНИКОН,содержащий устройство для формирования пучка заряженных частиц, ускорительную трубку, отклоняющую систему для круговой развертки пучка, цилиндрический выходной. резонатор, снабженный выводами энергии и имеющий размеры, необходимые для возбуждения бегущей по азимуту волны, отличающийся тем, что, с целью увеличения, мощности прибора и повышения его рабочей частоты, выходной резонатор снабжен средством для создания в нем продольного, аксиально-симметричного, постоянного магнитного поля величины где  — индукция магнитного поля, Тл;

)и - масса заряженной частицы, кг; е — заряд частицы, Кл; с) - круговая частота развертки, рад/с, направленного так, что направление циклотронного вращения частиц пучка совпадает с направлением круговой развертки, а торцовые стенки резонатора имеют осесимметричные отверстия для прохождения пучка.

2 ° Прибор СВЧ по п. I, о т л и— ч а ю шийся тем, что .средство создания магнитного поля выполнено в виде соленоида, охватывающего выходной резонатор и соосного ему.

Изобретение относится к области

В мощных электровакуумных приборов

СВЧ и может быть использовано для получения больших средних уровней

СВЧ-мощности в дециметровом и сантиметровом диапазоне длин волн при высоком КПД.

Известен СВЧ-прибор, например гирокон,предназначенный для получения большой средней СВЧ-мощности 1 МВт и более и имеющий высокий

КПД 907.. Гирокон содержит источник пучка электронов отклоняющую сис2 тему для круговой развертки пучка и выходной резонатор с выводами энергии.

Электронный поток в .гироконе модулируется не по величине скорости, а по ее направлению путем круговой развертки пучка. Мощный релятивистский пучок имеет малые поперечные размеры и все электроны практически одинаково эффективно тормозятся в выходном резонаторе, Недостатками гирокона является трудность получения высокочастотных колебаний с длиной волны короче

20 см и высокой мощностью из-за больших потерь на токооседании и

СВЧ-потерь в стенках выходного резонатора. Наиболее близким техническим решением к изобретению является гирокон, содержащий источник пучка релятивистских электронов, ускорительную трубку, отклоняющую систему для круговой развертки пучка, цилиндрический выходной резонатор, возбуждаемый пучком и снабженный выводами энергии.

Для формирования электронного потока в виде необходимого для работы гирокона длинного и слабо расходя» щегося пучка большой мощности, I электроны ускоряются в ускорительной трубке до релятивистских энергий.

Далее отклоняемые устройством. развертки электроны попадают в щель выходного резонатора и возбуждают бегущую по азимуту волну. Получен ная СВЧ-мощность выводится через два или более вывода энергии.

Использование в гироконе пучка частиц высокой энергии требует наличия больших напряжейностей высокочастотного поля в выходном резонаторе и приводит к большим потерям высокочастотной энергии в стенках резонатора. Это особенно существенно

40 шЯ

7 е где В - индукция магнитного поля;

Тл;

Ф - масса заряженной частицы, кг; е - заряд частицы, Кл;

4) — круговая частота развертки, рад/с, направленного так, что направление

50 циклотронного вращения частиц пучка совпадает с направлением круговой развертки, а торцовые стенки резонатора имеют осесимметричные отверстия для прохождения пучка, а

55 также тем, что средство создания магнитного поля . выполнено в виде соленоида, охватывающего выходной резонатор и соосного ему. При такой

ii033S а для коротковолнового гирокона (A <

30 см), где удельные потери мощности на единицу поверхности превышает 200-300 Вт/см что вызы) вает большие технические трудности, связанные с охлаждением выходного резонатора, и ограничивает энергию и мощность пучка, Кроме того, малые на высоких частотах размеры кольце1О вой щели выходного резонатора приводят к большому токооседанию на резонатор, что также ограничивает мощность пучка. Возникает необходимость точной проводки пучка в щель !

5 резонатора. Это влечет за собой высокие требования к стабильности па-, раметров пучка и устройства круговой развертки, а также необходимость наличия средств для быстрого аварийно20 го отключения пучка в случае его попадания на края кольцевой щели.

Целью изобретения является увеличение высокочастотной мощности прибора и повышение его рабочей часто25 ты.

Цель достигается тем, что в электронном приборе СВЧ, содержащем устройство для формирования пучка заряженных частиц, ускорительную трубку, отклоняющую систему для круговой развертки пучка, цилиндричес-. кий выходной резонатор, снабженный выводами энергии и имеющий размеры, необходимые для возбуждения бегущей по азимуту волны, выходной резонатор снабжен средством для создания в нем продольного, аксиально-симметрично, о„ постоянного магнитного поля величины

1110335 величине магнитного поля циклотронная частота вращения частиц пучка равна частоте развертки. В этом случае

"электроны пучка движутся в выходном резонаторе синхронно с бегущей по азимуту волной и эффективно взаимодействуют с ней в течение длительного промежутка времени.

Это позволяет сделать длину выходного резонатора достаточно большой, и, таким образом, уменьшить на-. пряженность высокочастотного поля в нем и соответственно тепловые потери в стенках, что дает возможность увеличить мощность прибора и реализовать его в более коротковолновом диапазоне длин волн. Кроме того, магнитное поле ограничивает поперечное движение частиц и практически исключает токооседание на резонатор.

На чертеже изображен предлагаемый прибор, общий вид.

Электронный прибор СВЧ содержит источник 1 релятивистских электронов, включающий в себя устройство для формирования пучка заряженных частиц и ускорительную трубку, отклоняющую систему 2 для круговой развертки пучка, цилиндрический выходной резонатор 3, снабженный выводами 4 энергии и имеющий размеры, необходимые для возбуждения

-бегущей по азимуту волны. В торцоЮ вых стенках резонатора 3 находятся осесимметричные отверстия для ввода и вывода пучков 5 и 6, на краях которых для уменьшения потерь на излучение, установлены цилиндры 7 и

8, являющиеся запредельными волноводами. Постоянное магнитное поле нужного направления создается соленоидом 9, питающимся от источника

10 постоянного тока. Частицы, отдавшие свою энергию СВЧ-полю, попадают в коллектор 11.

Устройство работает следующим образом. Электронный пучок, сформированный и ускоренный в источнике

1, отклоняется системой 2 круговой развертки, отходит от оси, двигаясь в свободном от полей пролетном пространстве и попадает в область магнитного поля соленоида 9. Расстояние от системы 2 развертки до соленоида 9 и угол отклонения выбираются такими, чтобы:при входе в магнитное поле частицы пучка приобретали большую поперечную скорость (сравниваемую с их полной скоростью), Величина магнитного поля выбирается так, что циклотронная частота. обращения частиц равна частоте развертки и, таким образом, равна угловой фазовой скорости бегущей по азимуту волны в выходном резонаторе 3. В этом случае частицы пучка в среднем движутся в одной фазе

10 волны. Взаимодействие их с волной сохраняет синхронный характер в течение длительного промежутка времени. Это позволяет использовать длинный выходной резонатор при малых напряженностях СВЧ-поля в нем и соответственно малых потерях мощности в стенках резонатора. Система 2 круговой развертки пучка так же, как и в прототипе, обеспечивает влет частиц, в каждый момент времени в тормозящую фазу бегущей по азимуту волны. При этом мощный пучок имеет малые поперечные размеры на входе в выходной резонатор 3, и все частицы практически одинаково тормозятся в нем, что дает возможность получения высокого КПД прибо/ ра, При взаимодействии с СВЧ-полем бегущей по азимуту волны поперечная скорость частиц уменьшается и их движение представляет собой скручивающуюся спираль. После взаимодействия с СВЧ-полем выходного резонатора 3 пучок попадает в коллек35 тор 11. Если частота на которую настроен выходной резонатор 3, кратна частоте развертки, предлагаемый прибор (также как и прототип) будет работать в режиме умножения частоты.

Предлагаемый прибор СВЧ может быть использован для питания резонансных структур накопительных колец, сильноточных ускорителей и других потребителей непрерывной СВЧ-мощнос45 ти 1 МВт и более, например для

Э передачи энергии на расстояние.

Аналитические и численные расчеты электронно-оптического тракта прибора и взаимодействия пучка с вью ходным резонатором показали возмож50 ность получения средней мощности

1-3 ИВт при высоком КПД приборе в коротковолновой области A < 30 см дециметрового диапазона длин волн.

В этом диапазоне мощность предлагаемого прибора может быть более чем в 10 раз выше мощности прототипа, у которого она ограничивается потерями в выходном резонаторе.

Редактор 0 Юркова Техред 3 Пал и Корректор М Макс, инец

Закаэ 322/8 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

n и

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4