Способ передачи свч-энергии по волноводному тракту в нагрузку

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Способ передачи сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии по ВОЛНОВОДНОМУ тракту (ВТ) в нагрузку состоит в том, что в ВТ от внешнего ионизирующего источника создают ионизированный газ с концентрацией электронов 10-10 , при этом напряженность электрического поля поддерживают выше значения напряженности возникновения автоэлектронной эмиссии из стенок ВТ, возбуждают продольное магнитное поле (МП), вектор магнитной индукции которого противоположен вектору распространения СВЧ электромагнитной волны, измеряют напряженность МП до совпадения скопической частоты электронов ионизированного газа с рабочим значением частоты СВЧ-волны, перемещают границы участка с магнитным полем вдоль тракта до совпадения на нагрузке фаз падающей СВЧ-волны, отраженной от области магнитоактивного ионизированного газа. Способ повышает энергию, передаваемую на нагрузку. 2 з.п. ф-лы, 2 ил./

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

C0LlHAËÈÑÒÈ×ÅÑHИХ

РЕСПУБЛИН 5!)5 Н 05 Н 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЕЕ36й:- "2

MTBIT "" .3

Б . 1БИ1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 15. 12. 90. Бюл. 9 46 (21) 4171109/24-21 (22) 26. 12.86 (72) А.А. Евдокимов, В.В. Петренко, В.Н.Смирнов и К.Е.Соколов (53) 621.384.6(088.8) (5Ü) Лебедев А.Н. и. др. Основы физики и техники ускорителей, т. 3. Линейные ускорители. - М.: Энергоиэдат, 1983, с. 103.

Белоглазов В,Н. и др. Линейные ускорители электронов на 2 ГэВ, ФТИ

АН УССР, т. 24, в 6, 1986, с. 540. (54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ .СВЧ-ЭНЕРГИИ ПО

ВОЛНОВОДНОИУ ТРАКТУ В НАГРУЗКУ (57) Изобретение относится к ускорительной технике. Способ передачи сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии по волноводному тракту (ВТ) в нагрузку состоит в том, что в ВТ от внешнего ионизирующего источника создают

„„80„„ l 422943 А 1 ион:1зированный газ с концентрацией электронов 10 -101 см, при этом напряженность электрического поля поддерживают выше значения напряженности возникновения автоэлектронной эмиссии из стенок ВТ, возбуждают продольное магнитное поле (ИП), вектор магнитной индукции которого противо" положен вектору распространения СВЧ электромагнитной волны, измеряют напряженность МП до совпадения гироскопической частоты электронов ионизированного газа с рабочим значением частоты СВЧ-волны, перемещают границы участка с магнитным полем вдоль тракта до совпадения на нагрузке фаэ д падающей СВЧ-волны, отраженной от области магнитоактивного ионизированного газа. Способ повышает энергию, передаваемую на нагрузку. 2 з.н. С ф-лы, 2 ил., 1422943

Изобретение относится к технике ускорителей и может быть использонаНо в радиолокационных станциях, установках космической связи, н электротехнической, атомной и других отрас* лях промьппленности, 11елью изобретения является повьппение энергии, передаваемой в нагрузку., Существо изобретения поясняется на 3 примере работы устройства, приведенНого на фиг. 1.. На фиг. 2 представЛена экспериментальная кривая зависимости светимости (ионизации) rasa

;N ) от уровня СВЧ-мощности в нолно" 15 водной линии при P = 5 атм.

На фиг. 1 показаны волноводный тракт 1, соленоид 2, СВЧ-генератор, 3, цагрузка 4, прямая волна 5, отражен: йая от нагрузки нолна 6, область 7 . 20 магнитоактивного газа, направление 8

Магнитного поля соленоида, отраженная от магнитоактивного газа волна 9.

Й общем случае электромагнитная олна 5, распространяющаяся от СВЧ енератора 3 к нагрузке 4, проходя по волноводному,тракту, испытывает малые затухания. В волноводиом тракте,1 возникают волны, распространяющиеся в направлении, противоположном 30 распространению рабочей СВЧ-волны 5.

При наложении на нолноводный тракт 1 продольного магнитного поля соленои" да 2, направление 8 которого противоположно волновому вектору рабочей 35

СВЧ-волны 5, ионизированный газ 7 приобретает, свойства анизотропной среды, в результате чего отраженная от нагрузки волна 6 снова отражается от магнитоактивного газа 7 и направ- Щ .ляется как волна 9 в нагрузку 3. Перемещением соленоида 2 по волноводному тракту 1 добиваются совпадения в нагрузке фаэ прямой волны 5 и отраженной волны 9.. ч5

Интервал изменения концентрации свободных электронов находится н пределах 10 см Í(10 см, Нижнее or7 раничение обусловлено слабо выраженным. эффектом отражения СВЧ-волны от магнитоактивного ионизированного газа, что установлено экспериментально, а верхнее — пробойными явлениями в

СВЧ-тракте.

Длину соленоида выбирают с учетом длины плато магнитногс поля:

-1, 3, где d — диаметр соленоида. Для прямоугольного волновода с широкой стенкой а

Д=(д qzz /(, 1 т.е 1. 7З,Эа 2А= Akpdi Следовательно, нижнее ограничение длины соленоида состоит н том, чтобы она была больше длины волны в волноводе. Верхнее ограничение определяется конструктивными особенностями СВЧ-тракта.

Данление газа в нолноноде обуслов1 лено электрической прочн6стью волновода, оно находится в пределах от 3,0 до 5,0 атм (для области техники, на- . пример, линейных ускорителей Электронов).

Величину Н магнитного поля выбирают иэ условия совпадения гироскопической частоты электронов ионизироВанного rasa ып с частотой СВЧ-волны: ив=1,76.10 Н Гц

Верхняя граница величины электрическoro поля прямой волны обусловлена конструктивными особенностями волноводного тракта — его электрической прочностью. Нижняя граница связана с нозможностью производить .электрическим полем распространяющейся в волноводном тракте электромагнитной волны ионизацию газа, Процесс иониза" ции газа в волноводном тракте носит сложный физический характер. Автоио. низация при СВЧ-частотах и достижимой мощности в передающих линиях не имеет места. Основным механизмом ионизации rasa при распространении в волноводе электромагнитной волны является ионизация электронным ударом вследствие антоэлектронной эмиссии с микроострий стенок волновода.

Как известно,, автоэлектронная эмис-. сия определяется величиной электри-. ческого поля и радиусом острий.

На экспериментальной кривой фиг,2 зависимости снетимости 1 ионизированного газа (N ) от уровня СВЧ-мощности в волноводном тракте при давлении

Р 5,0 ат видно„ что при величине электрического поля Е)10 кВ/см (P= .3,5 МВт/имп) в стандартных дюралюми- нйевых волноводах вследствие допустимой шероховатости стенок по техническим условиям их изготовления автоэлектронная эмиссия уже происходит.

Следовательно, нижнюю границу электрического поля надо принять ньпве

10 кВ/см. Кроме процесса антоэлектронной эмнсссии,вызывающей ионизацию

1422943

4 газа, можно для ионизации тогс же волны уже могут . .::нимать позитивное газа использовать внешний источник, . Участие в процессе ускорения. например, -источник. В этом случае Перемещением соленоида 2 по протяего интенсивность должна выбираться жен«ому волноводному тракту д< стигаиз фсл з условия концентрации свободных ется наилучшее совпадение фзз ускоряю5 электронов в укаэанных выше пределах щей и отр:1женной наведенной волн, присм И 10 см ), ходящих в ускоряющую секцию. Контроль

Работа т аботает устроиство следующим об- осуществлялся магнитным анализатором.

При экспериментальных исследовани" разом.

Волна от СВЧ -генератора 3 распро- нх максимальный прирост энергии имел страняется по волноводному тракту 1, .место при совпадении значений гироисцытывая малое затухание. При пере- скопической частоты с рабочей СВЧ-час" даче волны по волноводному тракту g тотой в пределах ошибки измерения, ускоряющей секции часть энергии отра- ; Измерения проводили при длительжается и распространяется по СВЧ-трах- ности импульса тока пучка 5,5 мкс, ту в противоположную (от рабочей вол- частоте посылок 25 Гц и амплитуде тоны) сторону, т.е. Унося некоторую ее ка 0,7 А. часть, предназначенную для ускорения При выключенном магнитнрм поле частиц. Аналогично, СВЧ-волна, гене- 20 энергетический спектр пучка составлял

Рируемая пучком электРонов в ускоряющей секции является " б

1 ся о ратной, т.е. б,38 ; После наложения на волнопереносимая ею энерги нергия распространявод ведущего магнитного поля при нается в направл правлении, противоположном пряженности, соответствующей резонансому значению для частоты 1818 ИГц, обужение энергетического сп к р пучв секции волна, унося далю dE энергии ускоренных частиц, распростра". ка составило -- = 3,92%. Следовател, няется в тракте так же, как и волна, 1 отраженная от с ая от секции — в противоположно, использование энергии обратной ра оче волны сторону. Следо" волны может вызвать и улучшение ха" рактеристик пучка. вательно, эти волны приводят к "недоб ору энергии пучком ускоренных частиц. При наложении на волноводный

СВЧ-тракт 1 магнитного поля ионизированный газ стано тановится анизотропным.

1. Способ передачи СВЧ-энергии по

Направление ма е магнитного поля совпадает

З5 волноводному тракту в нагрузку за9 с направлением ием распространения отраключающийся в возбуждении в волноводженной и наведенн и веденно в секции волн. ном тракте, заполненном газом под давПри таком ком направлении магнитного поля ленкем выше атмосферного, СВЧ электро" волна от -генератора 3 промагнитной волны„ распространяющейся

40 к нагрузке, отличающийся одит о ласть магнитоактивного состояния ион тем, что, с целью повышения энергии, иониэированного газа, испытывая малое затух передаваемой в нагрузку, в волноводое затухание. В противоположность ном тракте создают ионизированный газ ра оче волне, отраженная и наведент а с концентрацией электронов 10 -10 ом. ) ная волна могут отражаться от области магнитоактивн нитоактивного состояния п и

45 на участке волноводного тракта возбуждают продольное магнитное поле, вии совпадения гироскопической часто- вектор магнитной индукции которого ты электронов с частотой СВЧ-волны противоположен вектору распространегде гироскопическая. частота рассчи- ния СВЧ э, тывается по Формуле электромагнитной волны измеФ

I няют напряженность магнитного поля до совпадения гироскопической частоты электронов ионизированного газа и далее распространяется по тракту с Рабочим значением частоты СВЧ-волв направлении, совпадающем с направ- ны а затем перемещ перемещают границы участлением вектора распространения рабо- ка с магнитным п

55 ым полем вдоль тракта до чей волны. Следовательно, при совпа- совпадения на наг а нагрузке фаз падающей денни фаз отраженной и наведенной СВЧ-воЛны и волны, отраженной от обволн с рабочей волной от области ласти магнитоактивн о ктивного ионизированмагнитоактивного состояния газа эти . ного газа.

1422943

030609 12 17 2Е 384048 SS 86 80УЮ 12 U,J1Ю018ЮОд

Ран 65 ) Составитель Е.Громов

Техред g, 0ëè íbIK . Корректор В. Бутя га

Редактор. Б.Федотов

Заказ 4335 Тираж 665 Подписное

ВВИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

,13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-по. раФическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Способ по п. 1, о т л н ч а ю— шийся тем, что для создания ионизированного газа с концентрацией электронов 10 -10 см напряженность 5 электрического поля возбуждаемой

СВЧ-волны поддерживают выше значения напряженности возникновения автоэлектронной эмиссии нз стенок тракта.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юm, и и с я тем, что создание ионизированного газа с концентрацией электронов 10 -10 см обеспечивают от. внешнего ионизирующего источника.