Релятивистский магнетрон

 

О П И С А Н И Е »>803736

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соки Советских

Социалистических

Ресоублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.05.78 (21) 2616092/18-25 (51) N.Kë.3 Н 01 J 25/58 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Хосударственные комитет (43) Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3 {53) УДК 621.385.6 (088.8) ио делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 23.01.82

{72) Авторы изобретения

А. С. Сулакшин и Ю. Г. Юшков

{71) Заявитель Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова

\ (54) РЕЛЯТИВИСТСКИЙ МАГНЕТРОН

Изобретен не относится к технике СВЧ, в частности, к конструкциям сверхмощных релятивистских импульсных магнетронов, катоды которых работают в режиме взрывной эмиссии. 5

Известно, что одной из наиболее сложных проблем 1в .магнетроне является л роблема конструкции BHpoB колебаний .и обеспечения стабильной работы магнетрона на одном рабочем виде колебаний, лоскольку в собственно резонаторной системе магнетрона имеются благоприятные условия для возбуждения ларазитных видов колебаний.

Известен .магнетрон, в котором с целью ловышения скорости:и стабильности нарастания колебаний, рабочей частоты создаются в начальный момент лосле подачи импульса анодного напряжения более благоприятные условия для возбуждения колебаний рабочего, вида за счет лрименения 20 катода, на эмиттирующей поверхности которого,вдоль силовых линий .магнитного поля,располагаются, ряды коротких штырей с .заостренными,концамя (1).

Однако при .работе катода малнетрона в режиме взрывной эмиссии длительное использование такой конструкции невозможно из-за сильной эрозии этих штырей, что особенно существенно при работе с аериодическим следованием импульсов анодного налряжения.

Кроме того, при микросекундной дл ительности импульса анодного налряжения повышенная .напряженность электрического поля в районе расположения штырей приводит к пробою промежутка анод — катод и быстрому закорач иванию диода, что ведет к .сокращению длительности .имлульса генер ирувмых колебаний и уменьшению КПД магнетронного генератора.

Известе н релятивистский ма|гнетрои, содержащий катод с эмиттирующей поверхностью, анод и источник магнктного поля (2). Катод магнетрона работает в режиме взрывной эмиссии. При больших скоростях нарастания анодного .налряжеБия в таком магн етроне возникают сильные нестабильности, колебаний пространственного за ряда, в результате чего колебания становятся нестабильными, а скорость их установления велика, что особенно недопустимо лри наносекундной длительности импульсов.

Целью изобретения является увеличение скорости возбуждения магн етрона и обеспечение стабильной работы на одном рабочем виде колебаний.

Это достигается тем, что в релятивистском магнетроне, содержащем катод, анод и источник магнитного лоля, эмиттирующая

803736 поверхность катода выполнена,в:виде двух групп чередующихся полос, ориентированных вдоль силовых линий магнитного поля, причем полосы разиных групп изготовлены из материалов с различной работой выхода, число полос в группе равно .номеру рабочего:вида колебаний, а,расстояния между центрами полос одной группы .рав ны. Кроме того, полосы одной группы могут быть BbI полнены из металла, полосы другой — нз 10 диэлектрика.

На чертеже схематически, изображено поперечное сечение матнетрона, содержаIuiего катод 1, анод,2, полосы из металла с большой работой выхода или из д иэлект- Б рика З,,полосы, выполненные из,металла с малой работой выхода, 4.

Катод соединен с центральным электродом линии Блюмляйна HJIiH,непосредспвенно с генератором .импульсного напряжения. 20

Анод 2 соединен с внешним электродом лини и Блюмляйна или заземлен.

Магнитное поле направлено вдоль оси лрибора. Импульс на пряжания пр|иложен .между катодом 1 и анодом 2 и создает электрическое поле, перпендикулярное к направлению .магнитного поля. Вывод СВЧэнергия производится HJIIH от одного из резонаторов с помощью волновода, или дифракцианно по оси магнетрона. 30

Число полос 4,выбирают ра вным |номеру рабочего .вида колебаний. Азимутальная ширина полосы определяется угловой IHH,риной электронной спицы формирующего в пространстве взаимодействия электронного З5 заряza и может быть, найдена как

N, U„„— U,„ „- =аг. соз

40 где A — число резонаторов анодного блока;

<,Π— угловая ширина спицы;

UÄÄ.— по|роговое .напряжение рабочего вида колеба,н.ий; 45

U, — а|нодное на.пряжение;

U„, — амплитуда высокочастотного напряжения на аноде.

Расстояние между полосами 4 равно азимутальному периоду высокочастотного поля рабочего вида колебаний. Очевидно, что полосы 4 следует располагать пропив ла:мелей а:нодного блока.

Предлагаемое устройство работает следунзщим образом. 55

В первый момент времени после подачи импульса анодного,напряжения за:счет явления взрыв ной эмиссии начинает формироваться неравнсмерный ло азимуту пространспвенный заряд (неравномерность его 60 обусловливается увеличенной эмиссией электронов с лолос 4), .конфигурация которого ооответствует конфигурации высокочастотного поля рабочего вида колебаний.

Этот .неравномерный пространственный заряд наводит о резонаторах анодного блока колебан ия рабочего вида, Таким образом, уже с момента начала эмиссии электронов в пространстве, взаимодействия магнетрона создаются оптимальные условия для поддержания рабочего вида,колебаний, что обеспечивает увеличение скорости возбуждения .магнетрона и стабильную работу .на рабочем виде колебаний. Введение ди|электрика приводит к возникновен ию незавершенного разряда по .его поверхности, что способствует образованию пла.змы.

Применение изобретения позволяет уменьшить длительность фронта СВЧ-.импульса, устра н ить флуктуации переднего фронта импульса, обеспечить малый уход частоты от импульса к.импульсу, устранять сдвиг колебаний с .рабочего на ларазитный вид.

Таким образам, .предлагаемый магнетрон позволяет тенерировать сверхмощные

СВЧ-:импульсы нано- и микросекундной длительности как в одиночном, так и в многоимпульсном реж|имах .и найдет применение в исследованиях mo управляющему термоядерному синтезу, в радиолокации,на сверхдальние расстояния, iB сильнопоглощающихся средах и т. д.

Формула изобретения

1. Релятивистский магнетрон, содержащий катод с эм иттирующей поверхностью, анод:и источник магнитного поля, от л ич а ю щ и й,с я тем, что, с целью увеличения скорости возбуждения мапнетрона IH обес. печения стабильной работы на одном рабочем виде колебаний, эмиттирующая поверх,ность катода вылолнена,в виде двух групп чередующихся iIIoJIec, ориентированных вдоль силовых линий:магнитного поля, причем полосы:разных трупп:изготовлены из материалов с различной работой выхода, число полос в лруппе,равно номеру рабочего вида колебаний, а расстояния между ценпрами полос одной группы равны.

2. Магн етрон ло п. 1, отляч а ющл йс я тем, что полосы одной,группы выполнены из металла, полосы другой — из д иэлектрика.

Источники янформации, принятые во ани|мание при экспертизе: .!. Авторское свидетельство СССР

¹ 365692,кл. Н О1 J 25/58, 1972.

2. Диденко А. И. iH др. Исследование тенерации мощных СВЧ колебаний с помощью релятивистского .матнетрона. Письма в ЖТФ, т. 4, вып. 1, 1978 (прототип}.

803736

Составитель Ю. Дербншер

Техред Л. Куклина

Корректор С. Файн

Редактор И. Марголис

Тнп. Харви. фил. пред. «Патент»

Заказ 21/31 Изд. Из 105 Тираж 757 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5