Плазменный свч - прибор

 

Изобретение может быть использовано в плазменных СВЧ генераторах и усилителях. Плазменный СВЧ-прибор име-г ат соосно установленные электронную я плазменную пушки 1 и 2 соответствен- . но, круглый волновод 3 пространства взаимодействия, кольцевое окно 4 i ввода и/или вьшода энергии, магнитную систему с адиабатическим распределителем магнитного поля индукция Б которого вдоль волновода измением от ( 1+( а) в щзостракстве взаимодействия до Вр в области окна ввода и/или вьтода энергии, где BO (т/е)сэ„( l-QJc /w a )-, е,га - заряд и масса электрона соответственно; с - скорость света; со , iS - рабочая и плазменная ча стота соответственно; а - внешний радиус плазменного стол- . ба. Плазменный СВЧ-прибор 11меет повышенную выходную мощность. 3 ил. с 9

СОЮЗ СОНЕТСНИ1(СОЭВЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЫ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

„„SU„, 1426334 А1 (51)5 Н 01 Т 25/00 (46) 07, 1 2. 91, Бк . У 45 (21) 4102926/21 (22) 29.07.86 (71) Институт прикладной физики

АЯ СССР (72)- H.Ô. Ковалев и N.A. Бапиро (53) 621.385.6(088,8) (56) Бернашевский Г.А., Богданов Е.В., Кислов В.Я., Чернов З.C. Плазменные и электронные усилители СВЧ. "Сов.

Радио", 1965, с. 5-20.

Кузелев Н.В. и др. Релятивистский плазменный СВЧ-генератор, ЖЭТФ, 1982, т. 83, У 4, с. 1358. (54) IIJIA3NEHHbIA CB×-IIPHBOP (57) Изобретение может быть использовано в плазменных СВЧ-генераторах и усилителях. Плазменный СВЧ-прибор име-. ет соосно установленные электронную н плазменную пушки I н 2 соответствен- . но, круглый волновод 3 пространства взаимодействия, кольцевое окно 4 ввода и/или вывода энергии, магнитную систему с адиабатическнм распределителем магнитного поля, индукция В которого вдоль волновода измением от

В=В (1+а с /ы а ) в пространстве взаФ о р о имодействия до В, в области окна ввода и/или вывода энергии, где В =

=(m/å)û,(I- u с /u,а ); е,ш - заряд и масса электрона соответственно; с — скорость света; ы,, я - рабочая и плазменная частота соответственно; а — внешний радиус плазменного столба. Плазменный СВЧ-прибор имеет повы- 19 шенную выходную мощность. 3 ил.

1426334

Изобретение относится к технике плазменных и га зара эрядных при613ро13 и может быть использовано в плазменных СВЧ-генераторах и усилителях, в экспериментальных устлно113ках с плазменными волповедущими системами, B частности для исследов;ишя плазменHO 3I)> I!(OI3Ol Б Э а1ПIОДЕЙСТВИ и и т, Ц, Це33ь10 31-IOGpe re!a!+!I является повьп»е» 111

IIIIe выходной .мощнОсти эя счет сОГласО

I3a»I я нлаэмеп11ых волн со свободным пространством.

На фиг, изображено устройство на прпмер6 пла менного СВ31-генератора;

IIa 313иг. 2 в качестве примера изображепы дисиерсиоиные характеристики верхнегибридных волн плаэме1шого волновода (Я - частота, h — продольное волновое число); иа фиг. 3 показано распределе:-ше магнитного поля вдоль устройства.

Изобретение основано на использо- вании Ia!" II!n.»oro поля для изменения фазовой скорости плазме1шых волн при любой геометрии плаэме1шого столба: пэмепе1ч1е поля позволяет осу1цествить переход па Одной и тс и Pri частоте (см. 113111. 2) с одной .дисперсионной ха- 30 рактеристики (е) из точки А, соответству1ощей низки- I Ааэовой скорости, на другу3о характерист«ки (Ь) и точку В, соот13стствую11:;у3о фаэовой скорости, превышающей скорость света. Такой переход с Одной дисперсионной характеристики на двугу3о приводит K тому, что плазмеи11ая волна с частотой

Up становится быстрой, нелокализованной в плазме и легко переизлучается ф в свободное пространство. Во избежание переиэлучения волны в паразитные (любые волны, распространяющиеся в плазменном волноводе) изменение поля должно быть адиабатическим как на длине волновода, так и на длгп1е окна, при этом длина волновода должна быть такой, чтобы на этой длине поле изменилось от значения, соответствующегo необходимому для плаэмопучкового ТO взаимодействия Однородному полю, инар С дук13ия которого В=В, (1+ — —, до

I зна ..Иия В которое соответствует у точк<. с 11а дисперсионной характерис тика =-1т<-, Где c — скорость c13e Га м/с) 8, — внешни 1 радиус плаэ11енно го столб», м, условие «Ди;.. ба тич н<3стн имеет внп

dh dB( — «tt (i; -ь )!, ЯВ Йк, а О

1" а где h = -к н, Р .1У у 312

2 4 2

«(вЂ, — } — продольные волновые он числа рабочей (с ин-! дексом о) и параэитной (с индексом 1) волн: — корни уравнения

I,(p}=0 (I; — функция

Бесселя) для рабочей ,и параэитной воЛн соответственно; еВ

43„ = — — гирочастота; щ

z — - продольная координата; е — заряд электрона;

1т1 его масса.

В частом случае для рабочей плазменной волны с в, =2,4 ближайшая паразитная мода имеет 3; =5,5.

Лдиабатическое распределение поля вдоль узла вывода в реальных магнитных системах близко к линейному.

Устройство мож 1о применять как в приборах II у сcт аetнtоo.в";!к аe3х 1 с cмагнитным полем в пространстве взаимодействия, так и в приборах беэ магнитного поля в пространстве взаимодействия.

СВЧ-прибор содержит установленные соосно электрс11пую 1 и плазменную 2 пушки (см. фиг.l), волновод 3 пространства взаимодействия, окно 4 вывода энергии и коллектор 5. Волновод 3 установлен в однородном поле соленоида б, а окно 4 - в адиабатически спадающем поле. Окно 4 может быть выполнено иэ любой1 прозрачной для излучения керамики, однако.во избежание переизлучения в паразитные моцы целесообразно выполнить его в вид, Отрезка металлической трубы с расширяющ3в1ися вдоль оси щелями, заполненными ксрамикой. Угол раскрь.ва щелей выбирается из соотношения

360 z

13 — == в

И 1 где 1» — число щелей;

1 — длина окна;

z — îîðä,èíàòà вдоль окна.

2 33

Для рабочей дпины волны о о

=3 см индукция магнитного поля в пространстве взаимодействия В=О, 3 5 Т

37 при плотности плазмы п=3,5 10 см в радиусе плазменного столба а=2 см

I 4?613 иоле Hi3 входном конце окна полжио равнлтьсл В =О, 2 9 Т, а иа вьгходном конце окна В=.0,2 3 Т ири цлине окна

1=10 см.

Устройство работает следу1оп11лм образом.

Электронный пучок возбуждает в плазменном столбе медленную плазменную воину с фазовой скоростью, меньшей скорости света на частоте определяемой условием синхронизма волны с электронным пучком. Плазменная волна распространяетсл ио направлению к узлу вывода энергии (иаирав- <5 ление плазменной волны противоиолсжно наиравлени1о распространения электронного пучка ). В спадающем магнитном поле в узле зывода э11ергпи нарушается условие сиихронизма волны с пу-;ком, вследствие э."ого частОта иляэие11ной волны в узле вывода энергии .".Охранле:-сл равной частоте в иространс Ве взаимодействия, в то же вреьлл в спадающем магнитном поле происходит измене- )5 ние фазовой скорости плазменной волны, при значении магнитной индукции

В фазовал скорость достигает скорости света и волна перестает быть локализованной в плазме, иаксимальнал амплитуда полл в иоиеречнои направлении смещена к окну и через него происходит излучение. Iiðè этом рас- пределение интенсивности излучения вдоль окна меняется; ири В=В, она рав35 на нулю, максимальна при -некотором значении В=-В, начинал с которого дальнейшее увеличение фазовой скорости не приводит к повьппению интенсивности из-за затухания плазменной вол40 ны вследствие излучения. Прозрачнал для излучения труба является аналогом диэлектрической антенны вытекающей волны. 1Тлазмениый пучок и электронный пучок осаждаются на коллекторе 5 в неоднородном поле соленоида 6.

Излученная волна представляет собсй волновой иучЬк и может траяспорTHpopGòúñJI с помощью квазиоптической зеркальной пинии.

В ряде случаев для предотвращения самовозбужденил генератора на пара«зитных волнах ?1елессобразно в адиабатически спадающем магнитном оле соленоида 6 расположить аналогичный узел вывода энергии ня участке, приле?аюп1ем к коллектору.

Формулаизобретеиия

Илазмениый1 СВЧ-прибор, содержапц?йл ссосно установлен 1ые электронную и ила- .."1е1гную и упп< и, к р углый л Олнов од пространства ? заииодействил и состыкованное с ним окно ввода, и/или вывода энергии, магнитну1а систему с о:евым магнитным полем и коллектор, О т л H ч р. 1о щ и и с я тем стоу с целью повышения ВыхОднОЙ иощнОсти за счет согласования плазменных волн со свободным пространством, окно вво"

Да И!ИЛ:- ВЫВОДа ЭНЕРГ1лн ВЬП ОЛНЕНО кольцевым, в качестве магнитной системы использована система с адиабати"ческии распределением магнитного по" ля, инцукцил В (Т) которого вдоль волновода изменяется от B=B (1+

1 «

Р,,с"

+ — —,- „-) в пространстве взаимод йствия до В, в области окна ввода/выводя энергии„

2 где В = — с«,(1- — ); е а ь г е,m — - заряд (К) и масса (кг) электрона соответственно; с — скорость света, и/с;

Ы вЂ” рабочая частота, рад/с;

up — плазменная частота рад/с; а — внешний радиус плазменного столба, и.

Со"..таИитель 2. Черепенин

Техред A. Края -:ук

Корректор С. Черни

Редактор Л. Бер

«У

Тираж . - Подписное

ВИИИПИ Государственного,комитета СССР по делай изобретений и открытий

11303".r ЬОскна, Р-35, Раушская наб., др 4/5 а 3 A F6. (11роизнодс тнеи н:-п лцграфическое предприятие, г. Ужгород, уд„Проектная,