Магнетронный генератор

 

ОГ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)785905 (61) Дополчительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.04.79 (21) 2755442j18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет —(51) М. Кл а

Н 01 J 25/50

Гоеударстеенный комитет по делам нзооретеннй н открытий (53) УДК 621.385..6 (088.8) Опубликовано 07.12.80. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 15.12.80 (72) Авторы изобретения

А. С. Сулакшин, Г. П. Фоменко, Ю. Г. Штейн и В. И. Цветков

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова (7l) Заявитель (54) МАГНЕТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

1О

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для генерации сверхмощных СВЧ-импульсов наносекунд-, ной длительности сильноточным релятивистским электронным пучком как в однократном, так и в многоимпульсном режимах.

Известны магнетронные генераторы (1) на основе использования сильноточных релятивистских электронных пучков. Подобные генераторы содержат многорезонаторный анодный блок, взрыво-эмиссионный холодный катод, в качестве источника аноднога напряжения — двойную формирующую линию типа Блюмляйна, являющуюся промежуточным накопителем энергии сильноточного электронного ускорителя.

Использование сильноточных электронных пучков в приборах магнетронного типа позволяет резко увеличить мощность генерируемых СВЧ-колебаний. В 10-см диапазоне длин волн получен уровень порядка

2 X 109 Вт, а в 3-см диапазоне 500 МВт.

Максимальный КПД преобразования мощности электронного пучка в мощность СВЧизлучения составил (- 35 + 40) о о для экспериментов в 10-см диапазоне длин волн и 20О О в 3-см диапазоне.

По своей конструкции все упомянутые генераторы однотипны, и поэтому мы ограничимся только описанием прототипа (2).

В качестве прототипа выбираем магнетронный генератор (2) на основе сильноточного релятивистского пуска.

Такой магнетронный генератор содержит цилиндрический холодный катод и коаксиальную с ним многорезонаторную анодную структуру, расположенную снаружи катода, источник напряжения и магнитную систему.

Источником напряжения служит сдвойная формирующая линия типа Блюмляйна, являющаяся промежуточным накопителем энергии сильноточного ускорителя электронов.

Однако, возможности сильноточного электронного ускорителя в подобных магнетронных генераторах используются далеко не полностью. Это объясняется тем, что сравнительно низкоомные двойные формирующие линии электронных сильноточных ускорителей нагружения значительно более высокоомные магнетронные диоды, работающие

785905

1о

ss эо

25

4о

3 в режиме магнитной изоляции. Так, например, эксперименты, были проведены с использованием 4-омной двойной формирующей линии ускорителя «Nereus», а сопротивление диода в максимуме генерируемой мощности составляет 25 Ом. Т. О. КПД линии составляет — 16%.

В то же время очевидно, что оптимальным условием работы линии является ее согласование с нагрузкой, что позволяет полностью использовать энергию запасаемую в ней.

Этот же недостаток свойственен и другим магнетронным генераторам с использованием СЭУ. Так, например, КПД линии ускорителя «Тонус» составляет -10%. Согласование же формирующей линии с нагрузкой уменьшением сопротивления диода (например, уменьшение зазора анод-катод) связано со значительными трудностями юстировки диода и выполнения условия магнитной изоляции.

Целью изобретения является увеличение полного КПД магнетронного генератора.

В соответствии с изобретением поставлеинная цель достигается тем, что катод выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого и коаксиально с ним расположена многорезонаторная анодная структура, причем расстояние катод-анод одинаково для обеих структур.

Устройство схематично изображено на чертеже. Магнетронный генератор состоит из внешней многорезонаторной анодной структуры 1, катода 2 и внутренней многорезонаторной анодной структуры 3.

Устройство вывода энергии и магнитная система на чертеже не показаны.

Аноды и 3, электрически соединенные между собой и катод 2 подключены к электродам сильноточного электронного ускорителя (аноды — к внешнему 4, катод к внутреннему 5, 6 — средний электрод линии). Магнитное поле направлено вдоль оси прибора. Импульс напряжения, приложенный между катодом 2 и анодами 1 и 3, создает в обоих катод-анод промежутках электрическое поле, перпендикулярное к направлению магнитного поля и оси прибора.

В обоих катод-анодных промежутках происходят все процессы, свойственные обычному многорезисторному магнетрону: возбуждение колебаний, группирование электронов и усиление СВЧ-поля. Вывод мощности может осуществляться, например, от одного из резонаторов с помощью волновода. Кроме того, возможна работа обоих многорезонаторных структур в связи с внешним дополнительными резонаторами, т. е. что внешний магнетрон образует коаксиальный, а внут4 обращенно-коаксиальный магФормула изобретения

Магнетронный генератор, содержащий цилиндрический холодный катод и коаксиальную с ним многорезонаторную анодную структуру, расположенную снаружи катода, источник напряжения и магнитную систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения полного КПД генератора„ катод выполнен в виде полого цилиндра, внутри которого и коаксиально с ним расположена многорезонаторная анодная структура, причем расстояние анод-катод одинаковое для обеих структур.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Диденко А. Н. и др. Письма в ЖТФ, 4, в 1, 1978, с. 10.

2. Phys., Rev Sett, 37, № 6, 1976, р. 319 (прототип) . ренний нетрон.

В предлагаемом устройстве собственно генерирующая часть магнетронного генератора выполнена таким образом, что промежуточный накопитель сильноточного эле:тронного ускорителя оказывается нагруженным на два параллельно включенных диода, что позволяет (при выполнении условия

R ) К„, где Rs — суммарное статическое сопротивление диодов R — волновое сопротивление линии) снять с него энергию в 2 раза большую, нежели в устройствепрототипе. Т. о., КПД линии, а следовательно и общий КПД магнетронного генератора, определяемый как произведение КПД линии и КПД собственно магнетронов, увеличивается в 2 раза. Кроме того, такое конструктивное выполнение не увеличивает габаритов генератора и может позволить при работе обоих магнетронов на одну нагрузку, увеличить выходную мощность магнетронного генератора.

С тем, чтобы кривизна анодов и катода мало влияла на магнитную изоляцию и оба диода находились в равных условиях необходим, чтобы выполнялись неравенства.

vg-чк< < 1. чту < < 1

Предлагаемый магнетронный генератор может быть использован для генерации наносекундных импульсов СВЧ сверхвысокой мощности, как в однократном, так и в многоимпульсном режимах. Подобные импульсы могут найти применение в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, в радиостанциях в сильнопоглощающих средах и на всерхдальние расстояния и т. д.

785905

Составитель В. Егоров

Редактор В. Большакова Техред А. Бойкас Корректор Н. Стен

Заказ 8852/54 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4