Замедляющая электродинамическая система для свч-приборов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН

„„SU„„,1253371 А1. (51)5 Н Of

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. и лежащей вне плоскости, проходящей через эти прямые, при этом зеркала установлены так, что перпендикуляр, восстановленный из центра каждого зеркала, лежит на биссектрисе угла треугольника, вершины которого расположены в центрах данного зеркала и ближайших по ходу луча предыдущего и последующего по отношению к данному зеркалу зеркал двух других групп, при этом выполнены следующие выражения:

Ю +Р +Х--а=(п- — -)3

Й.я 1 ч 2

1 + 2 a/sind, где f,, 2,, t — угол между направлением хода луча и продольной осью сис" темы, град, — скорость света, м/с1

- целое число

P фазовая скорость,.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ((46) 07. 11. 90. Бюл. У 41 (21) 3785130/24-21 (22) 20.08.84 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) В.М. Геликонов и А.В.Сморгонский (53) 621.385.6(088.8) (56) Ковалев Н.Ф. Электродинамические системы релятивистского карсинотрона. Электронная техника. Сер. 1.

Электроника СВЧ, 1978, И 3, с. 102.

Канавец В.И. Дифракционное и рассеянное излучение релятивистских электронных потоков ° Лекции по элект. ронике СВЧ, 4-я зимняя школа — семинар инженеров. Кн. 4. Саратов: 19789 с. 119. (54) (57) ЗАМЕДЛЯЮЩАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СВЧ-ПРИБОРОВ, содержащая две группы зеркал, центры которых в каждой группе расположены на одной прямой, при этом прямые, проходящие через центры зеркал каждой группы, параллельных одна дру-, гой, а зеркала разных групп оптически связаны, отличающаяся .., тем, что, с целью расширения диапаг зона рабочих длин волн в коротковолновую область путем увеличения сопротивления связи, в систему дополнительно введена третья группа зеркал, центры которых расположены на прямой, параллельной прямым, соединяющим центры зеркал первых двух групп, — расстояния между центрами трех соседних по ходу луча зеркал разных групп, м; — длина волны, м; расстояние между центрами зеркал одной группы, м;

" апертура зеркала, м;

1253371 ного зеркала и бликайших по ходу луча предыдущего и последующего по отношению к данному зеркалу зеркал двух других групп, т.е. каждое из зеркал 1-10 первой группы оптически связано с соответствующим зеркалом

11-20 второй группы (1 с 11, 2 с 12 и т.д.), которое в свою очередь оптически связано с соотнетствующим зеркалом 21-30 третьей группы (11 с

2,1, 12 с 22 и т.д.). Каждое зеркало

21-30 третьей группы оптически связано с зеркалом первой группы, имеющим номер на единицу больший (напри1 мер, зеркало 25 оптически связано с зеркалом 6), Для обеспечения условия оптимального синхронного взаимодействия волны с электронным пучком, котоое осуще стнляется в пространстве вэанмсдейсч.вия между зеркалами первой и второй группр vFQJI между направлением хода луча и продольной осью системы (см. фиг. 2) выбирается иэ соотношения

25 а 1 1ф; где ф = — — — — рели, V1 - 7,/V тинистскк! -.: фактор:Йстиц пуЫа. Для абес:=еле;-. и требуемого замедления н системе расстояния между центрами трех соседних по ходу луча зеркал разньж групп связаны с рабочей длиной волны Д соотношением где и - целое число (п О, +1, + в, Vcp е о) у P — фазовая щ ч C. 9 скорость волны в пространстве взаимодействия, выбираемая близкой к скорости электронов V ..

С целью уменьшения размеров обласgg тей, в которых поле волны мало, рас", стояние между центрами зеркал одной группы выбирается минимальным, но н то же время соседние зеркала не

t затеняют волну, отраженную m предыяЕ дущего зеркала той же группы. Следовательно, расстояние d, апертуРа d и угол Ы на рабочем участке удовлетворяют примерному равенству или слабому неравенству (см. фиг. 2), Зеркала 1-30 расположены так, что у перпендикуляр, восстановленный Иэ центра каждого зеркала, лежит на биссектрисе угла треугольника, вершины которого расположены в центрах „-:-:d > ——

2а

81IIoL

Изобретение относится к релятивистской высокочастотной электронике и может быть использовано, например, в качестве замедляющей системы н релятивистских генераторах и усилителях.

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих длин воли в коротковолновую область путем увеличения сопротивления связи.

На фиг. 1 изображена предложенная замедляющая система; на фнг..2 дано сечение пространства взаимодействия замедляющей системы.

Система содержит три группы зер-.. кал, центры которых лежат на параллельных прямых, не лежащих в одной плоскости. Число И зеркал в каждой группе определяется длиной Ь пространства взаимодействия, при которой обеспечиваются оптимальные условия взаимодействия волнь1 и пучка; 1 =, где d - -расстояние между центрами соседних зеркал в каждой группе. Вьбор оптимальной величины L в каждом конкретном случае определяется рядом факторов: типом прибора (усилитель, генератор, ускоритель),;видом взаимо-действия (черейковский, циклотроннорезонансный и т.п.) и эависит от па = раметров электронного пучка и т.д, В замедляющей системе число зеркал в каждой группе Я равно. Зеркала первой группы имеют обозначения 1-10, зеркала второй - rpyIIIIM 11-20„ зеркала третьей группы — 21-30.

Для обеспечения устойчивого одно= модового распространения волны в системе, являющейся фактически квазиоптической линией передачи, характерные расстояния 7,., 2,, между центрами трех. соседних йо ходу луча зеркал разных групп (2,. - расстояние вежду центрами зеркал первой и второй групп, например 1-11 зеркалами второй .и третьей групп, например 11 и 21 зеркалами, l — третьей

„и первой групп, например между 21 и 2. зеркалами, их апертура о. и длина волны .я, выбраны удовлетворяющими соотношениям а

g g g >>а»4 — — > 1

a ° в

123

+ 3 + (d 2п-1 . Л Ф. Й.

Рассматриваемая замедляющая систе ма мажет применяться в усилителях, 1253371 генераторах и ускорителях заряженных частиц.

Работа замедляющей системы описана на примере использования ее в усилителе. Волна от эапитывающего генератора (на чертеже не указан) падает на зеркало 1 и, отражаясь от него, попадает на зеркало 1 1

Поскольку пернендикулятор и, восстановленный в центре этого зеркала 1О является биссектрисой угла треугольника, опирающегося своими вершинами на центры зеркал 1, 1 1 21, зеркало

11 оказывается оптически связано с зеркалом 21, на которое и падает вол-f5 на после отражения. Аналогично оптически связанными оказываются и все остальные зеркала в последовательности (1 11 — 21) =- (2 — 12 22) (3 — 1 3 23) — (4, ...) 30. Пос- 20 ледовательно отражаясь от зеркал

1-30, волна образует в пространстве

Фигуру в виде спирали, намотанной на трехгранную призму. Ребрами этой призмй являются линии, соединяющие 25 центры зеркал одной группы. Поскольр:y расс:-ояния межцу центрами трех соседних по ходу луча зеркал разньш груйп, их апертура и длина волны связаны между собой соотношениями (1), в системе обеспечивается устойчивое одномодовое распространение волы-::.. Вследствие же выполнения на рабочем уч :,гке (между зеркалами первой и второй групп) условия (2), Фа-.. зовая скорость 7 волны -системы оказывается близкой к скорости электронов (а Ч„), т.е. нч этом участке обеспечивается синхронное взаимодействие электронов с волной, бегущей вдоль оси системы. Так как расстояние между зеркалами одной группы

2 удовлетворяют соотношению d5-т —, 81ПО( области сильного поля располагаются 15 в пространстве рядом одна с другой (см. Фиг. 2), а не разделены участками слабого поля, как в прототипе.

В результате среднее на ячейке сопротивление . вязи становится практигаски равным сопротивлению связи на

7 луче; т.е. возрастает в --sinful раз

2а по сравнению с прототипом, где 7/а по условию квазиоптичнасти есть бопьшой параметр.

В замедляющей системе имеется воз,можность управлять фазовой скоростьЮ .волны вдоль оси системы и, следовательно, повысить КПЦ прибора, в кото1 ом используется замедляющая систеt ма, Зто достигается путем незначительного изменения величины Г,, 7 ф (d f, (Я ) . Условие (I ) устой"

1,,З чйвого распространения волны в системе при этом не нарушается.

Пример конкретной реализации.

Замедляющая система используется !

4 для усиления волны СО, -лазера (310 мкм) электронным пучком с энер-, гией частиц 10 ИэВ (,ф =- 20) . В пространстве, взаимодеиствия угол at . наклона кучей к оси системы, допускающий при минимальном набеге фаз наибольшую ширину луча составляет пфи этом at arccos - 3 . Апертура с зеркала а = 1 см, так что для устойчивого распространения волны в системе расстояния Г,, выбраны t

I I

4е2с

1 м. Расстояния d между центрами sepкал одной группы составляют . -".

2а †.-- = 20 см. Оптимальная длина з ьпЫ й>остранства взаимодействия для релятивистских приборов в простейшем слуУ чае определяется как L =, где - КПД прибора. При характерном для приборов такого диапазона RID

= 0,2Ж она составляет L = --2 и, поэтому количество зеркал в одной группе

0 = - = 10. Сопротивление связи сос тавляет для данной замедляющей систе" мы К "- - " 10 (см), при этом

2ph д. in 2ы — в 10 раз превышает .

2а

I сопротивление связи для прототипа.

1253371

Редактор Т. Шагова

Заказ 4350

Подписное

Тираж 397

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграФическо» предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Долматов

Техред. О. Сопк о

Корректор Л. Пилипенко