Международные отношения
Радиус пучка
- Подробности
- Категория: Международные отношения
Магнетронноинжекционные пушки выполняются двух типов: диодные пушки с одним анодом и триодные пушки с двумя анодами. Схематическое изображение триодной магнетронной пушки представлено на рисунке 19 Катод 1 содержит цилиндрический поясок 2, эмитирующий электроны по направлению к первому аноду 3. Электрическое поле в диодном промежутке 32 близко к радиальному. Область триодной пушки находится в осевом магнитном поле c индукцией B(z), величина которой плавно нарастает по направлению ко второму аноду 4. Таким образом, в скрещенных электрическом и магнитном полях в области пушки формируется трубчатый электронный пучок, радиус которого (см. (4)) зависит от радиуса Rk эмитирующего пояска 2 катода.
Между катодом и полостью резонатора пространства взаимодействия напряженность магнитногоо поля адиабатически нарастает (см. рис. 19), в результате чего средний радиус пучка R
уменьшается обратно пропорционально H , а вращательная скорость электронов v увеличивается пропорционально H при одновременном уменьшении аксиальной энергии частиц (см. (6).
Увеличение магнитного поля на входе в пространство взаимодействия обеспечивает прохождение пучка в резонатор гиротронного прибора, с учетом уменьшения его радиуса на входе (см. 1.1, рис.2). Обычно коэффициент магнитной компрессии электронного пучка между катодом и входом в резонатор (по площади поперечного сечения) равен 530.
В резонаторе пространства взаимодействия электронный пучок формируется окончательно. Важной характеристикой его является отношение поперечной и продольной скоростей электронов (ptchfactor) a=v/v, имеющее обычно величину 1,52,0. Регулировка величины a при использовании диодных электронных пушек в режиме температурного ограничения эмиссии, путем изменения величины ускоряющего напряжения, позволяет в широких пределах управлять величиной выходной мощности гиротрона. Выбор режима температурного ограничения эмиссии катода в большинстве используемых в гиротронных приборах магнетронноинжекционных пушек связан с необходимостью уменьшения разброса скоростей электронов в пучке для достижения высокой эффективности взаимодействия.
Радиус пучка, определяемый радиусом эмиттера Rk и величиной магнитной индукции, выбирается таким, при котором взаимодействие с полем наиболее эффективно. В ряде случаев вводится коррекция радиуса для подавления нежелательных типов колебаний в резонаторе и достижения устойчивого одночастотного режима работы.
Моновинтовые спиральные и трохоидальные электронные пучки впервые были применены на начальном этапе развития гиротронных приборов. Формирование таких пучков производилось применением электронных пушек, эмитирующих электроны со скоростями, имеющими составляющую перпендикулярную к оси прибора. Так, в первом гирогенераторе обратной волны (гироЛОВ) катод располагался на одной из пластин двухпроводной высокочастотной системы (см. рис.17) и трохоидальный пучок формировался в скрещенных электрическом и магнитном полях, образуемых напряжением на пластинах и применением магнитной системы, создающей поперечное магнитное поле 4, 5. В формирование моновинтового электронного пучка в волноводной системе производится установкой электронной пушки на корпусе генератора, под углом к оси прибора. В предлагается также создание и применение поливинтовых электронных пучков путем установки нескольких таких пушек по окружности корпуса в одном сечении прибора.
Значительный интерес к применению трубчатых электронных пучков с моновинтовыми траекториями электронов связан с созданием гиротронных приборов на гармониках циклотронной частоты (см. 1.1.3). В этих приборах, особенно работающих на высоких гармониках (n>3) c модами колебаний в резонаторах ТЕт при азимутальном индексе m=n, для решения проблемы подавления паразитных типов волн целесообразно применение моновинтовых электронных потоков. При заданном номере гармоники n и выбранном типе волны в резонаторе ТЕт на рабочей частоте ш необходимо создать ЭОС, формирующую моновинтовой тонкостенный трубчатый электронный пучок с радиусом r0 в области максимальной компоненты азимутальной составляющей электрического поля в резонаторе, с азимутальной скоростью электронов уф=г0ш/п.
Наиболее распространенным является способ формирования моновинтовых электронных потоков при помощи неадиабатической пушки Отипа в продольных электрическом и магнитном полях с кольцевым катодом. В таких системах в промежутке между катодом и первым анодом создается магнитное поле, близкое к однородному. В области между первым и вторым анодом создается реверс магнитного поля, под воздействием которого электроны трубчатого потока приобретает общую вращательную скорость вокруг оси, т.е. электронный поток преобразуется в моновинтовой 43. Параметры формируемых таким способом моновинтовых электронных потоков в ряде случаев ограничиваются шириной L1 нарастания магнитного поля в области реверса. При увеличении параметра L1/XIl (Ап плазменная длина волны) возникают радиальные скорости электронов в пучке, увеличиваются пульсации границ пучка и т.п. (см. 1.5, часть I). Эти эффекты наиболее существенны при построении низковольтных приборов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.
В 80х годах прошлого столетия был предложен способ формирования моновинтовых трубчатых электронных потоков при использовании адиабатических пушек с кольцевыми эмиттерами и с дополнительным прикатодным электродом (внутри кольцевого эмиттера) 7577. Известные в настоящее время результаты экспериментальных исследований показали недостаточно высокое токопрохождение электронов, что говорит, повидимому, о необходимости совершенствования данной конструкции.
Очевидным способом создания моновинтовых электронных пучков в осевом магнитном поле является применение высоковольтных трехчетырех электродных пушек, ось которых расположена под углом к оси прибора (аналогично конструкции, предложенной в ). Такое решение позволяет управлять током электронного пучка и радиусом стационарной спиральной орбиты в осевом магнитном поле пространства взаимодействия. Эта система, однако, усложняет конструкцию и увеличивает габариты гироприбора.