Прибор @ -типа с периодическим полем

 

ПРИБОР М-ТИПА С ПЕРИОДИЧЕС-. КИМ ПОЛЕМ, содержащий источник питания , цилиндрический полый катод, окруженный цилиндрическим анодом, систему создания продольного однородного магнитного поля и систему создания пространственно-периодического радиального магнитного поля, отличающийся тем, 4то, с целью расширения диапазона частот при одинаковом уровне генерируемой мощности и возможности перестройки частоты в процессе работы, система создания радиального магнитного поля выполнена в виде проводника, уложенного в виде змейки вдоль образующей анода, причем змейка полностью охватывает наружную поверхность анода, а внутренняя поверхность катода выполнена из магнитомягкого материала.

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 фР-;, (21) 3715085/24-21 (22) 27,03.84 (46) 30.03.86. Бюл. У 12 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного -Знамени политехническом институте им. С.М.Кирова (72) В.П.Григорьев, Г.В.Мельников и А.С.Сулакшин (53) 621.385.6(088.8) (56) l>idenko А,N, et al — Proc of

the 3" Jnt. Topical. Conf. on

High Power Electron and Jon Beam.

Novosibirsk, 1979, 2р 683-691 Bekefi G. — Appl Phys Lett, 1982, 40, Ф 70, р. 578-580.

„„SU„„! 176764 A !

5!1 4 Н 01 J 25/50 (54)(57) ПРИБОР М-ТИПА С ПЕРИОДИЧЕС-.

КИМ ПОЛЕМ, содержащий источник питания, цилиндрический полый катод, ок- руженный цилиндрическим анодом, систему создания продольного однородного магнитного поля и систему создания пространственно-периодического радиального магнитного поля, о т— л и ч а ю шийся тем, 4то, с целью расширения диапазона частот при одинаковом уровне генерируемой мощности и возможности перестройки частоты в процессе работы, система создания радиального магнитного поля выполнена в виде проводника, уложенного в виде змейки вдоль образующей анода, причем змейка полностью охватывает наружную поверхность анода, а внутренняя поверхность катода выитомягкого материала.

Изобретение относится к технике

СВЧ и может быть использовано для генерации мощного СВЧ-излучения в коротковолновой области длин волн.

Целью изобретения является расширение диапазона частот при одинаковом уровне генерируемой мощности .и воэможности перестройки частоты в процессе работы за счет использования проводника с током вместо постоянных магнитов.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — сечение по А-А фиг. 1 (без соленоида).

Устройство содержит высоковольтный источник 1 питания, электрически соединенный с цилиндрическим полым катодом 2, соленоид 3 для создания аксиального магнитного поля

В „, магнитомягкий материал 4, покрывающий внутреннюю поверхность катода, гладкий цилиндрический анод 5, расположенный коаксиально с катодом, проводник 6, уложенный в виде змейки вдоль образующей анода, причем змейка полностью охватывает наружную поверхность анода для создания радиального магнитного поля В, вывод 7 СВЧ энергии, источник 8 питания соленоида и источник

9 питания проводника 6.

Устройство работает следующим образом.

После включения высоковольтного источника 1 питания и источника питания соленоида 8 на электроны, эмитируемые катодом 2, в зазоре анод-катод одновременно действуют два поля, направленные перпендикулярно друг к другу; аксиальное магнитное поле Ьо, создаваемое соленоидом 3, и радиальное электрическое поле E, направленное от катода 2 к аноду 5 и зависящее от напряжения U . В результате электроны двигаются в азимутальном направлении со скоростью Я = Е /Ь, .

При включении источника 9 питания через проводник 6, расположенный на поверхности анода 5, протекает ток, который создает в зазоре анодкатод дополнительное радиальное пространственно-периодическое магнитное поле б„, направленное под углом к скорости электронов U

Теперь электроны испытывают действие периодическои результирующей. силы

1176764

2 в направлении оси системы. Эта сила задает электронам осцилляторное .движение, и в результате происходит группировка частиц и излучение электромагнитной волны сгруппированными сгустками.

Поскольку величина результирую- щей силы, задающей электронам осцилляторное движение, пропорциональна произведению е Ve .х 6, х sin, где е — заряд электронов, Р— угол между 7 и 8, естественно требование йерпендикулярности у* и б, В то же время ток, протекающий по проводнику, создает периодическое магнитное поле, силовые линии которого описывают концентрические окружности вокруг сечения проводника.Поэтому вектор напряженности Ь„ который направлен по касательной к силовой линии, составляет с направлением скорости электронов угол, о не равный 90 . Для получения перпендикулярности между В и В необходимо вытянуть силовые магнитные линии поля В в сторону катода, как показано на фиг. 2. С этой целью внутренняя поверхность циI линдрического катода 2 покрыта магнитомягким материалом 4.

Известно, что магнитомягкие материалы, как и парамагнетики, при помещении их в магнитное поле усиливают его внутри себя вследствие совпадения направления их намагниченности с направлением внешнего поля °

В результате магнитные силовые линии радиального магнитного поля

В стягиваются к покрытию иэ магнитомягкого материала 4, как показано на фиг. 2, и стремятся быть перпендикулярными к катоду 2 ° За счет этого выполняется и условие перпендикулярности Ч и В

Мощность излучения в приборе М-типа с периодическим полем в сильной степени зависит от соотношения аксиального и.радиального магнитных полей. Каждому значению продольного магнитного поля Ь соответствует оптимальное значение периодического поля Ь, при котором наблюдается максимум мощности излучения, так же как каждому значению энергии электронов потока соответствует оптимальное значение продольного магнитного . поля В . Применение проводника с

1176764 током для создания радиального периодического магнитного поля Ц, в отличие от прототипа, позволяет свободно варьировать величину этого поля, как и величину аксиального поля B,, и настраивать прибор на максимальную мощность излучения в процессе работы.

По размерам проводник с током меньше постоянных магнитов, что позволяет, по сравнению с прототипом, уменьшить период радиального магнитного поля Г, а, следовательно, и генерируемую длину волны излучения.

Для сравнения приведем данные расчета из прототипа. К примеру, для напряжения между анодом и катодом, равного 1 ИВ, и диаметров анода и катода 4,6 см и 4, 1 см соответственно и для осуществления режима магнитной изоляции требуется аксиальное магнитное поле величиной 10, 3 кГс, а для получения излучения с длиной волны 1,5 мм период радиального магнитного поля (должен быть порядка 1 см с амплитудой 5, равной

2,2 кГс. С помощью постоянных магнитов на основе самарий кобальта при указанных параметрах даже с периодом 1,26 см можно создать величину радиального магнитного поля 0,68 кГс.

Величина радиального магнитного поля 2,26 кГс достигается лишь при периоде 5 см, В то же время для создания тако-го же поля величиной 0,68 кГс с помощью проводника с током ток в последнем должен быть 2,7 кА, а для магнитного поля необходимой величины, равной 2,2 кГс, ток соответст венно равен 8 кА, что вполне осуществимо при импульсном однократном режиме работы подобных устройств.

Таким образом, данный прибор Мтипа с периодическим полем по сравнению с прототипом, выбранным в качестве базового, позволяет настраивать прибор на максимальную мощность излучения в процессе работы при изменении величины прикладываеI мого напряжения U (для изменения генерируемой длины волны) путем изменения аксиального магнитного поля и изменения радиального магнитного поля. Предлагаемое устройство позволяет осуществлять генерацию электромагнитного излучения в более коротковолновой области длин волн, поскольку вместо постоянных магнитов, применяющихся в базовом объекте, в данном устройстве используется про30 водник с током, расположенный на наружной поверхности анода, с помощью которого можно уменьшить период радиального магнитного поля по сравнению с базовым объектом.

ВНИИПИ Заказ 1631/5 Тираж 643 Подписное

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