Двухлучевая электронная пушка мазера на циклотронном резонансе (ее варианты)

 

1. Двухлучевая электронная. пушка мазера на циклотронном р,езонамсе , содержащая коаксиально расположенвде аксиально-симметричные анод и узел с двумя эмиттирующими поясками, отличающаяся тем, что, с целью обес-печения возможности независимого Изобретение относится к электронике .СВЧ и предназначено для формирования винтовых электронных пучков в мощных СВЧ Приборах-мазерах на циклотронном резонансе. . Одними из основных параметров винтовых пучков в рабочем пространстве мазера являются осцилляторная и поступательная.V„ скорости электронов , которые зависят, в частности. управления скоростями электронов в обоих пучках, катодный узел выполнен с двумя коаксиальными электродами , между которыми установлен анод. 2.Двухлучевая электронная пушка по n.lj от л и ч а ю щ а я с я тем, что в нее доиойиктельно введен аксиально-симме-рричный йнод, уетановлейный между основным анодом и одним из электродов катодного узла. 3.Двухлучевая электронВая пушка для мазера на циклотронном резонанее (вариант ), содержащая коаксиально расположенные аксиально-симметричные анод и катодный узел с двумя эмиттирунмцйми поясками, о т ли тем . что в нее ч а ю щ а я с я (О дополнительно введен аксиапьнО--симметричный анод а катодный узел установлен меаду анодами при этом - один эмиттирукяцйй поясок расположен на поверхности катодного узла, обращенной к оёновНому аноду, а другой эмиттируювдйй поясок - на цОверх00 ности катодного узла, обращенной к со дополнительному аноду. Од О от величинь напряженности электрического поля в области пушки. Полная скорость электронов V и отношение Vi, -- определяют величину колебатель (| - ной энергии, передаваемой от пучка электромагнитному полю в резонаторе, и, в конечном счете, выходную мощность и КПД мазера. Особенно сильное влияние на КПД-оказывает продольная скорость электронов, определяющая

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„;SU„, 89?039 А 1 (51)4 Н 01 J 2 3 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2970121/18-21 (22) 28,07.80 (46) 30.09.89, Вюл. 11 36 (71) Институт прикладной физики

AH СССР и Горьковский государственный университет им.,Н.И.Лобачевского (72) В.Е.Запевалов, В.И.Курбатов,, О.В.Малыгин, В.Н.Мануилов, Г.С.Нусинович и Ш.Е..Цимринг (53) 621 385., 6 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 226044, .кл. Н 01 J 13/02, 1966.

Авторское свидетельство СССР

Р 786677, кл. Й 01 J 23/06, 1979. (54) ДВУХЛУЧЕВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА

ИАЗКРА НА ЦИКЛОТРОННОМ РЕЗОНАНСЕ (ВАРИАНТЫ) (57) 1. Двухлучевая электронная пушка мазера на циклотронном резонансе, содержащая коаксиально рас.— положенные аксиально-симметричные анод и катодный узел с двумя эмиттирующими поясками, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью обес-печения возможности независимого.

Изобретение относится к электронике .СВЧ н предназначено для формирования винтовых электронных пучков в мощных СВЧ приборах-мазерах на циклотронном резонансе, Одними из основных параметров винтовых пучков в рабочем пространстве мазера являются осцилляторная 4 > и . поступательная V, скорости электронов, которые зависят, в частности, 2. управления скоростями. электронов в обоих пучках, катодный узел вьптолнен с двумя коаксиальншми электродами, между которыми установлен .анод, 2. Двухлучевая электронная пушка поп1;отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен аксиально-симметричный .анод, установлен иый между. основным анодом и одним из электродов:катодного узла.

3. Двухлучевая электронная. пушка для маэера на циклотронном резонансе (вариант 1, содержащая коаксиально расположенные аксиально-симметричные анод и катодный desi с двумя эмиттирующими поясками, о т л и— ч а ю щ а я .с я тем, что в нее дополннтельио введен аксиально-симметричный анод, а катодный узел установлен между анодами, при.зтом один эмиттирующий поясок расположен на поверхностп катодного узла, обращенной к основному аноду, а другой эмиттирующий поясок- - íà qosepxности катодного узла,.-обращенной к дополнительному аноду. от величины напряженности электрического поля в области пушки. Полная скорость электронов V и отношение

Vg определяют величину колебательЧ, ной энергии, передаваемой от пучка электромагнитному полю в резонаторе, и, в конечном счете, выходную мощность и К1Щ мазера. Особенно сильное влияние на КПД;оказывает продольная скорость электронов, определяющая

897039 время взаимодействия электронов с электромагнитным полем в резонаторе.

Таким образом, возможность эффективного управления поступательной и осцилляторной скоростями электронов в пучке позволяет вывести мазер на оптимальный режим работы.

Известна конструкция однолучевой электронной пушки, в которой обеспечивается возможность управления Ч и 7„. .Эта пушка выполнена в виде магнетронного диода и содержит аксиально-симметричные анод и катодный одним эмиттирующим

Однако возможность использования этой пушки для реализации в мазере .электронной селекции ограничена.

Известна конструкция пушки, предназначенной для маэера на циклотронном резонансе с электронной селекцией.

Эта пушка содержит аксиально-симметричные анод и катодный узел с двумя эмиттирующими поясками.

Недостатком пушки является возможность независимого управления скоростями электронов в обоих пучках.

Этот недостаток обусловлен тем, что изменение величины напряженности электрического или магнитного полей для коррекции скоростей элек30 тронов в одном пучке вызывает изменение соответствующих скоростей у второго пучка.. Полная энергия электронов в обоих пучках определяется разностью потенциалов между катодом и резонатором, поэтому в известной конструкции полная энергия электронов каждого из пучков в рабочем пространстве изменяется одинаково. Использование же двух катодов и двух

40 анодов для раздельного изменения осцилляторной и продольной скоростей электронов при сохранении традицион- i ной геометрии каждой пары катоданод настолько увеличивает габариты пушки, что возможность выведения пучков на требуемые радиусы в пространстве взаимодействия практически отсутствует.

Целью изобретения является обес- 50 печение воэможности независимого управления скоростями электронов в обоих пучках, Поставленная цель достигается тем, что в двухлучевую электронную пушку лазера на циклотронном резонансе, содержащую коаксиально расположенные аксиально-симметричные анод и катодный узел с двумя эмиттирующими поясками, катодный узел выполнен с двумя коаксиальными электродами, между которыми ус.тановлен анод.

Целесообразно в такую пушку ввести дополнительный аксиально-симметричный анод, установленный между основным анодом и одним из электродов катодного узла.

В другом варианте пушки комбинация прямого и обращенного магнетронных диодов реализована тем, что в пушку введен дополнительный аксиально-симметричный анод, а катодный узел установлен между анодами, при этом один эмиттирующий поясок расположен на .поверхности катодного узла, обращенной .к основному аноду, а другой эмиттирующий поясок— на поверхности катодного узла, обращенной к дополнительному аноду.

На фиг.1 и 2 представлены конструкции пушки согласно первому варианту исполнения, на фиг.3 и 4— второй вариант исполнения пушки.

Пушка, изображенная на фиг 1, содержит катодный узел, состоящий из двух электродов 1 и 2 с эмиттирующими поясками 3 и 4 соответственно.

Анод 5 установлен между-электродами

1 и 2 катодного узла. В пушке, изображенной на фиг.2, анод состоит из двух коаксиальных электродов 6 и 7, между которыми помещена изолирующая втулка 8, В этой конструкции электроды 2 и 6 и 1 и 7 могут быть подключе-, ны к различным источникам напряжения.

В пушках, изображенных на фиг.3 и

4, анодами являются внешний и внутренний электроды 10 и 9 соответственно, При этом катодный узел помещен между анодами и выполнен либо в виде двух электродов 11 и 12 с эмиттирующими поясками 13 и 14 соответственно (фиг.3), либо в виде одного электрода 15 с эмиттирующими поясками 16 и )7.

В каждой конструкции пушки реализована комбинация прямого и обращенного магнетронных диодов, Так, в пушке, изображенной на фиг.1, прямой диод образован внутренней поверхностью анода 5 и электродом 1 катодного узла, а обращенный — внешней поверхностью анода 5 и электродом.2 катодного узла;.в конструкции изображенной иа фиг.3, прямой диод

897039

5 образован электродом 10 и электродом 11 катодного узла, а обращенный электродом 9 и электродом 12.

Геометрия электродов пушки соответствует требуемому распределению

5 электростатических полей между ними, обеспечивающему расчетные траектории формируемых электронных пучков.

Независимое управление скоростями электронов в каждом из парциальных пучков, формируемых в пушке, осуществляется изменением потенциалов электродов.

Осцилляторная скорость V электро- 5 иов каждого пучка в рабочем пространстве (резонаторе) мазера определяется потенциалом 1! анода соответствующего магнетронного диода, потенциалом

U„ соответствующего ему электрода 20 катодного узла, расстоянием d между катодом и анодом магнетронного диода,нндукцией В магнитного поля в резос иаторе мазера, отношением 1 магнитного поля в резонаторе к магнитному 25 полю в области эмиттирующего пояска и углом ц наклона магнитной силовой линии к поверхности эмиттирующего пояска в диоде. (Й (.р1. Е, () зП 30

Во (. (Р) (И U — Uк () где Е .( — — — — — — cos g р=1,2

d (P1 ь э

Полная скорость V электронов, (() формируемых каждым магнетронным дио- 35

6 дом, в рабочем пространстве определяется потенциалом U резонатора и потенциалом И электрода катодного

1v) узла соответствующего диода:

7 (Р) 2 1 (Ц - U(„Ð"1) где 1 - удельный заряд электрона.

В вариантах пушки, изображенных на фиг.1-3, имеется возможность независимого изменения потенциалов U

k электродов катодного узла, что позволяет варьировать как осцилляторную

V „, K H H V() скорости (t электронов каждого пучка. К тому же, в пушках, изображенных на фиг.2 и 3, обеспечивается возможность раздельного изменения потенциалов U(анодов, что расширяет возможности независимого управления осцилляторной и полной скоростями электронов в обоих пучках. В пушке, изображенной на фиг,А, катодный узел наиболее прост в изготовлении, однако в ней реализуется независимое управление только осцилляторными скоростями электронов.

Выбор того или иного варианта пушки определяется конструктивными особенностями и.условиями эксплуатации мазера. Так, например, формирование внешнего пучка с помощью обращенного диода фиг.l и 2 позволяет при прочих равных условиях уменьшить габариты пушки, что важно для мазеров миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, 897039

Редактор Л.Письман Техред М.Ходаиий

Корректор В,Кабаций

Заказ 6804 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101