Богданова автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения

Богданова автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения

Реферат

 

Использование: в устройствах модуляции электромагнитного излучения, в частности, СВЧ-излучения. Сущность изобретения: модулятор содержит поляризатор и конденсатор, обкладки которого ориентированы параллельно направлению распространения электромагнитного излучения. В конденсаторе параллельно его обкладкам установлены проводящие полоски. На одной стороне проводящих полосок, обращенной к одной из обкладок конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, испускание электронов с которых происходит под действием электрической составляющей модулируемого электромагнитного излучения. Материал эмиссионных катодов имеет меньшую работу выхода, чем материал проводящих полосок. 3 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к устройствам для модуляции электромагнитного излучения.

Известен электрооптический модулятор [1] содержащий два поляризатора, между которыми помещена ячейка Керра. Она заполняется жидкостью, состоящей из частиц с высоким значением дипольного момента, например, нитробензолом. Ячейку ограничивают обкладками конденсатора, на которые подается напряжение, под действием которого меняется фазовый сдвиг между обыкновенными и необыкновенными лучами оптического излучения, которое, проходя через поляризатор и анализатор /второй поляризатор/, фазовую модуляцию преобразует в амплитудную, которая регистрируется.

Недостатком данного модулятора является то, что он модулирует только оптическое излучение. Другим недостатком является то, что он не может модулировать электромагнитное излучение так, чтобы частота модуляции совпадала с частотой этого излучения. Следующим недостатком модулятора является то, что он не может регулировать направление вектора электрического поля волны в плоскости колебаний так, чтобы на выходе модулятора это поле было направлено в определенную сторону, заданную заранее.

Известен модулятор, содержащий расположенные на оси распространения излучения два поляризатора, между которыми на оси распространения электромагнитного излучения оптического диапазона находится, помещенная между обкладками внешнего конденсатора, ячейка Поккельса с электрооптическим кристаллом. Чаще всего используется кристалл КДР /KH₂PO₄/ с тетрагональной структурой [1] В ячейке Поккельса используется эффект изменения оптической анизотропии под действием электрического поля в электрооптических кристаллах, не содержащих инверсной среды. Между обкладками внешнего конденсатора подается напряжение, между обыкновенным и необыкновенным лучами электромагнитного излучения оптического диапазона в электрооптическом кристалле возникает разность фаз, которая на выходе излучения из ячейки Поккельса, после прохождения второго поляризатора, излучением изменяет амплитуду электромагнитной волны, преобразуя модуляцию излучения по фазе между обыкновенным и необыкновенным лучами в амплитудную модуляцию, которая на выходе излучения из модулятора регистрируется или как-либо используется, например, для модуляции добротности резонатора лазера.

Недостатком данного модулятора является то, что он модулирует электромагнитное излучение только оптического диапазона. Другим недостатком модулятора является то, что он не может модулировать электромагнитное излучение настолько быстро, чтобы частота модуляции совпадала с частотой этого излучения. Следующим недостатком модулятора является то, что он не может регулировать направление вектора электрического поля в плоскости колебаний электромагнитной волны так, чтобы на выходе модулятора электрическое поле волны было направлено в определенную сторону, заданную заранее.

Задачей, стоящей перед изобретателем, является обеспечение возможности модулировать электромагнитное излучение в более длинноволновой области спектра, например, излучение с длиной волны более миллиметра, а также обеспечение возможности модулировать электромагнитное излучение с частотой модуляции, совпадающей с его частотой так, чтобы отдельные импульсы промодулированного излучения следовали друг за другом с частотой этого излучения и с заданным направлением вектора электрического поля электромагнитной волны на выходе модулятора и в фиксированной заранее точке вне модулятора.

Указанная задача выполняется за счет того, что в модуляторе, содержащем внешний конденсатор, поляризатор, между обкладками конденсатора проходит ось распространения электромагнитного излучения, дополнительно в конденсаторе параллельно его обкладкам установлены проводящие полоски, причем на поверхностях проводящих полосок, обращенных к одной из обкладок конденсатора, выполнены эмиссионные катоды. Эмиссионные катоды выполнены из материала с меньшей работой выхода, чем у материала проводящих полосок. Поверхность каждой проводящей полоски выполнена гладкой, а поверхность по крайней мере одного эмиссионного катода выполнена по крайней мере с одним острием. Величина зазора между ближайшими проводящими полосками меньше длины волны электромагнитного излучения.

Выполнению поставленной задачи способствует то, что такое конструктивное исполнение позволяет модулировать электромагнитную волну ее собственным вектором электрического поля за счет того, что испускаемые при термоавтоэлектронной эмиссии электроны при соответствующей направленности этого вектора перекрывают промежутки между рядами катодов и отражают волну, а при его противоположном направлении электрическое поле волны препятствует проникновению тепловых электронов, вылетающих с поверхности катодов за счет тепловой эмиссии в промежутки между рядами катодов, и направляет эти электроны обратно на поверхности тех же самых катодов, из которых они вылетели так, что высота, на которую удаляются от поверхности катода электроны, пренебрежимо мала по сравнению с шириной промежутка между рядами катодов. Концентрация электронов в этом пространстве недостаточна для отражения электромагнитной волны, и она свободно проходит между катодами. Различие концентраций эмиссионных электронов в промежутках между рядами катодов в рассмотренные различные фазы волны составляют несколько порядков за счет того, что поверхности эмиссионных катодов, обращенные к одной определенной обкладке внешнего конденсатора, выполнены из материала с малой работой выхода, а поверхности полосок, на которых они крепятся, выполнены из материала с большой работой выхода и обращены к противоположной обкладке внешнего конденсатора, причем поверхности полосок гладкие, а на поверхностях катодов имеются острия или полосы с заостренными краями.

В результате осуществления модуляции волны ее собственным электрическим полем удается повысить частоту модуляции до частоты электромагнитного излучения той волны, которая модулируется, в результате чего импульсы изменения амплитуды электромагнитного излучения следуют друг за другом с частотой этого излучения. Это позволяет получать на выходе модулятора волну с заданным направлением вектора электрического поля в плоскости колебаний.

Достижение требуемого быстродействия, при котором электроны успевают опередить поворот плоскости поляризации волны, обеспечивается за счет того, что расстояние между рядами катодов значительно меньше длины волны электромагнитного излучения.

Модулятор также может модулировать электромагнитное излучение импульсами длительностью, превышающей период волны, за счет того, что между обкладками внешнего конденсатора прикладывается значительная разность потенциалов, и вызываемая этим электрическим полем термоавтоэлектронная эмиссия также перекрывает электронами промежутки между рядами катодов, и происходит аналогичное отражение электромагнитной волны электронными токами.

Модуляция электромагнитной волны ее собственным вектором электрического поля создает уникальную возможность направлять излучение на данную поверхность /точку/ таким образом, что на этой поверхности /точке/ вектор электрического поля волны всегда направлен в одну заданную сторону, изменяясь при этом только по амплитуде, но не по направлению. Это дает возможность создать на базе модулятора широкий ряд качественно новых приборов, использующих в своей работе выпрямленное /по аналогии с выпрямлением переменного тока/ излучение с заданным направлением электрического вектора на данной поверхности. Прежде всего, это устройство для запитки энергией сверхпроводящих катушек, в котором выпрямленное электрическое поле волны направляется вдоль сверхпроводящей обмотки катушки, запитывая ее непосредственно в сверхпроводящем состоянии поверхностными токами, текущими по скин-слою под действием электрического переменного по амплитуде поля электромагнитной волны. Выпрямленное модулятором электромагнитное излучение может также использоваться для создания новым способом реактивной тяги в электроракетных двигателях, создающих внешнее магнитное поле и ускоряющих силой Ампера электрические токи в плазме, текущие между удаленными электродами. Такие двигатели ионизируют вокруг себя газ атмосферы и затем ускоряют его, создавая тягу [2, 3] В данном случае газ атмосферы ионизируется вокруг двигателя с возможностью образования плазменного волновода для промодулированного излучения. В этом волноводе одной из стенок является плазма газа атмосферы, а другой поверхность двигателя. Излучение поступает на плазменную стенку в фазе волны с заданным направлением электрического вектора, отражается от нее, направляется после отражения на поверхность корпуса двигателя, отражается от нее тоже и снова поступает на плазменную стенку так, чтобы ее фаза на пути между отражениями изменилась на целое четное число Два отражения прибавляют к фазе 2 Таким образом, на плазменную стенку волна возвращается в фазе, изменившейся на четное число p которой отвечает то же самое, выбранное и рассчитанное заранее направление вектора электрического поля в плоскости колебаний, создавая, таким образом, между удаленными электродами, лежащими на поверхности корпуса двигателя, образующей стенку плазменного волновода, вдоль пути распространения волны линию с одним направлением электрического поля со значительной разностью потенциалов на концах /электроды электрически контактируют с плазменной стенкой волновода/. По этой плазменной линии /перемычке/ течет электрический ток, замыкаемый в единый контур с соленоидом двигателя. На ток со стороны поля соленоида действует сила Ампера, ускоряя перемычку и создавая тягу. Основной положительный эффект, достигаемый применением модулятора в данном случае большая разность потенциалов, создаваемая излучением вдоль перемычки между ее концами, вызывающая электрический пробой газа атмосферы по всей ее длине. Создание таких напряжений порядка 10⁷ В другими техническими средствами является намного более сложной технической задачей, чем в данном случае применения модулятора.

Модулятор может быть использован в качестве полупрозрачного зеркала в резонаторах лазеров субмиллиметрового, миллиметрового диапазонов и лазеров на свободных электронах. Для них модулятор может работать также и в качестве высокоскоростного затвора. Возможность такой работы обеспечивается созданием сильных электрических полей между обкладками внешнего конденсатора, вызывающих термоавтоэлектронную эмиссию между рядами эмиссионных катодов. Регулируя прилагаемое к обкладкам напряжение, регулируется плотность электронного эмиссионного тока, и за счет этого можно добиться различных значений коэффициента прохождения излучения через модулятор, совпадающих в этом случае с коэффициентами прохождения для полупрозрачных зеркал. Когда коэффициент прохождения равен нулю, модулятор работает как оптический затвор аналогично ячейкам Поккельса и Керра с очень хорошим быстродействием и резким фронтом. /Необходимо сделать оговорку, что слово "оптический" использовано здесь для удобства терминологии, поскольку работа модулятора осуществляется также и в более длинноволновой области спектра/.

Модулятор может быть также использован в высоковольтном генераторе принципиально новой конструкции, содержащем волновод по крайней мере одна из стенок которого выполнена из проводящего материала и вдоль всей его длины электрически разделена диодами, выполненными с возможностью пропускать электрический ток, текущий вдоль стенки, только в одном направлении и не пропускать в противоположном. К концам стенки, расположенным около входа излучения в волновод и около выхода, присоединен конденсатор /если волновод выполнен замкнутым, то в одном месте стенка электрически размыкается и конденсатор присоединяется с двух сторон по отношению к точке размыкания/. Излучение направляется /вводится/ под определенным углом внутрь волновода так, чтобы оно после прохождения модулятора приходило на стенку в фазе с определенным направлением электрического поля и после отражения от другой стенки волновода снова возвращалась на нее в той же фазе, и так далее. Многократное падение на проводящую стенку волны с одинаковым направлением электрического поля вызывает на ней ток, текущий в одном направлении. Диоды не позволяют току течь в противоположном направлении, и в итоге между концами стенки возникает значительная разность потенциалов, которая заряжает конденсатор, причем с каждым новым периодом волны заряд конденсатора увеличивается, соответственно, в зависимости от длины волновода, создавать разность потенциалов от 10⁷ до 10¹⁰ В, которая в дальнейшем может быть использована либо в ускорителях более облегченных и упрощенных конструкций, либо в электроракетных двигателях для создания тяги. Высоковольтный генератор с модулятором намного легче и технически проще в изготовлении, чем известные высоковольтные генераторы, создающие аналогичные напряжения, что позволяет получить заметный выигрыш в весе при изготовлении ускорителей известных на сегодня конструкций, например, линейных высоковольтных ускорителей ионов, электронов или плазменных. Особенно важным положительным эффектом является уменьшение веса в электроракетных двигателях. Модулятор может быть использован в известных ускорителях заряженных частиц, разгоняющих их СВЧ-излучением, например, микротронах и циклотронах. Использование в них для разгона частиц промодулированного модулятором электромагнитного излучения с заданным направлением вектора электрического поля в области, где происходит ускорение частиц, позволит резко увеличить число одновременно ускоряемых частиц за счет отсутствия замедляющей фазы излучения.

Не обнаружено технических решений, достигающих выполнения поставленной задачи аналогичными техническими средствами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема автоэлектронного модулятора электромагнитного излучения; на фиг. 2 выносной элемент 1; на фиг. 3 - сечение А-А; на фиг. 4 сечение Б-Б; на фиг. 5 принципиальная схема устройства для запитки энергией сверхпроводящих катушек; на фиг. 6 схема волновода устройства для запитки энергией сверхпроводящих катушек в точке пучности стоячей волны TE₁₀; на фиг. 7 принципиальная схема создания реактивной тяги с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе, вид сбоку; на фиг. 8 принципиальная схема создания реактивной тяги с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе с парой коаксиальных электродов, вид сверху; на фиг. 9 принципиальная схема создания реактивной тяги за счет сбора впередилежащего вещества внешней среды с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе; на фиг. 10 принципиальная схема создания реактивной тяги за счет сбора вещества внешней среды вдоль оси магнитной катушки с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе; на фиг. 11 принципиальная схема создания реактивной тяги за счет ядерных взрывов на оси магнитной катушки с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе; на фиг. 12 принципиальная схема высоковольтного генератора с применением автоэлектронного модулятора изображена; на фиг. 13 схема сборки модулятора; на фиг. 14 выносной элемент 11; на фиг. 15 сечение В-В; на фиг. 16 схема крепления проводящих полосок; на фиг. 17 схема крепления проводящих полосок в сечении Г-Г.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема автоэлектронного модулятора электромагнитного излучения. На оси распространения излучения мощного СВЧ-излучателя 1 установлен автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения 2, далее в тексте просто модулятор. В качестве СВЧ-излучателя рекомендуется СВЧ-генератор мощностью 10¹¹ Вт с длительностью импульса порядка 50 нс и длиной волны порядка 1 м. Возможно использование антенны, например, параболической для уменьшения расходимости излучения. На фиг. 2 изображен выносной элемент 1. На оси распространения излучения в модуляторе около входа установлен поляризатор 3, выполненный в виде дифракционной решетки с периодом меньше длины волны излучения. Элементами решетки являются металлические полосы, стержни или проволоки. Ось проходит между обкладками 11, 12 внешнего конденсатора. Элементы решетки параллельны обкладкам конденсатора. Внутри конденсатора установлены проводящие полоски 9, 48, параллельные его обкладкам. На проводящих полосках выполнены эмиссионные катоды 4, 5, 8 в виде параллельных рядов. Катоды выполнены из тугоплавкого материала с малой работой выхода, например, 2 эв с возможностью испускать эмиссионные электроны в направлении одной определенной обкладки внешнего конденсатора 11 и не испускать в направлении другой 12. Проводящие полоски 9 выполнены из тугоплавкого проводящего материала с большой работой выхода, например, 5 эВ. В качестве материала для эмиссионного катода можно рекомендовать материал известного L-катода, металлопористого вольфрамобариевого термокатода с работой выхода 1,8-2,0 эВ [4] Полоски могут быть выполнены из вольфрама с кристаллографической гранью 110 /работа выхода 5,25 эВ/ или из никеля с гранью 111 /работа выхода 5,35 эВ/. Часть эмиссионных подходов, например, 4, 5, имеют форму острий или полос с заостренным краем, другая часть, например, 8, выполнена плоскими. Часть катодов, например, 4, 5, электрически соединена с полоской. Между плоским катодом 8 и полоской расположен промежуточный слой 6, выполненный из тугоплавкого материала, который может быть либо металлом или другим проводящим материалом со скоростью испарения меньше, чем у материала катода при тех же рабочих температурах и работой выхода меньше, чем у материала полоски, либо выпрямляющей ток структурой, пропускающей ток в направлении от полоски к катоду и не пропускающей обратно, например, плоским диодом с p-n переходом или барьером Шотки, либо из материала, уменьшающего влияние контактных явлений при протекании тока в направлении от полоски к катоду, при котором этот ток максимален в рабочем диапазоне прикладываемых электрических полей, либо из диэлектрика. /Следует уточнить, что под направлением тока, в целях упрощения изложения, понимается направление движения электронов/. Промежуточный слой может отсутствовать вовсе. Конкретный вид материала слоя определяется в ходе оптимизации работы системы. Ряды эмиссионных катодов, соединенные с промежуточным слоем и полоской, образует вместе с ними уединенные пластины 7, 10, выполненные с возможностью заряжаться при испускании катодом эмиссионных электронов и нейтрализовать приобретенный заряд либо за счет эмиссионных электронов, испущенных соседним катодом ближайшего ряда снизу /по отношению к конкретному изображению на фиг. 2/, либо за счет тока, текущего через ближайшую /нижнюю/ обкладку внешнего конденсатора. Поверхности катодов обращены к одной определенной обкладке внешнего конденсатора, например, в обкладке 11, а поверхности полосок к другой, например, к обкладке 12. Толщина уединенной пластины в несколько раз меньше расстояния между ними. Рекомендуется толщина пластины 5 мкм, из которых на долю плоского катода приходится 2 мкм, на промежуточный слой и полоску по 1,5 мкм. Расстояние между уединенными пластинами много меньше длины волны электромагнитного излучения, например, 30 мкм. Термин "уединенная пластина" следует понимать аналогично термину уединенный проводник в электростатике. Катоды, выполненные в виде острий или полосок с заостренным краем, имеют высоту 10 мкм. Количество таких катодов на единицу поверхности уединенной пластины желательно делать наибольшим. В случае, если промежуточный слой выполнен из диэлектрика, то плоский катод и полоска образуют обкладки конденсатора, внутри которого находится промежуточный слой, который является для этого конденсатора промежуточным диэлектриком. Величина зазора между ближайшими проводящими полосками меньше длины волны электромагнитного излучения. Исключение составляет случай, когда модулятор используется как полупрозрачное зеркало или затвор /аналогично оптическому/ в лазерах. В этом случае расстояние между рядами эмиссионных катодов и, соответственно, между пластинами может быть произвольным, в том числе и больше или равно длине волны электромагнитного излучения.

Схема крепления проводящих полосок дана на фиг. 16. На фиг. 17 показана схема крепления проводящих полосок в сечении Г-Г. Для наглядности расстояние между проводящими полосками сильно увеличено. Между проводящими полосками 9, 48 и между ними и обкладками 11, 12 внешнего конденсатора установлены диэлектрические прокладки 40, 41, 53, 54, выполненные из тугоплавкого изолятора с большим удельным сопротивлением и высоким напряжением пробоя. Прокладки, установленные по краям проводящих полосок 40, 41, выполнены в форме параллелепипедов. Прокладки 53, 54, установленные на удалении от краев, в центральной части проводящих полосок, выполнены в виде шайб. Для наглядности расстояние между прокладками сильно уменьшено. Прокладки установлены друг от друга на расстоянии много большем, чем их ширина и высота. Обкладки 11, 12 прижимаются друг к другу с помощью винтов 49, 50 и гаек 51, 52. При этом обкладки сжимают между собой проводящие полоски и диэлектрические прокладки. Винты выполнены из тугоплавкого изолятора с высоким напряжением пробоя и большим удельным сопротивлением.

Покажем, как модулятор изготовляется. Приведем подробную технологию сборки, монтажа и эксплуатации модулятора.

На фиг. 13 изображена схема сборки модулятора. Для сборки и монтажа модулятора используются направляющие нити 37, 38, выполненные из тугоплавкого металла диаметром 30 мкм, к которым крепятся изготовленные или находящиеся в процессе сборки пленки блоки 39 с заготовками в виде тонких прямоугольных листов, являющимися полосками из проводящего материала с большой работой выхода, на которые наносятся промежуточный слой и ряды эмиссионных катодов. Вдоль направляющих к рядам катодов прикреплены диэлектрические прокладки 40, 41 толщиной 30 мкм, задающие расстояние между рядами катодов. Длина направляющих для рассмотренного в описании примера с площадью поверхности модулятора 10 м² равна 87 км. Направляющие наматываются с одного барабана 42 на другой 43, к которому прикреплена одна плоская обкладка внешнего конденсатора 44. Первоначально они используются в качестве конвейера 45, на котором происходит изготовление рядов эмиссионных катодов и промежуточных слоев, соединенных с ними, методом фотолитографии. Расстояние между отдельными пленками-блоками с рядами катодов согласовано с тем, как происходит намотка направляющих на барабан 43 /пленки-блоки упакованы параллельными слоями в стопке 46 с учетом этого согласования, стопка прикреплена к барабану 42 и вращается вместе с ним/ так, чтобы пленки-блоки с рядами эмиссионных катодов вставали точно на предназначенное им место в собираемом модуляторе 47, который вращается вместе с барабаном. После того, как барабан намотал всю длину направляющих, сверху на ряды катодов устанавливается вторая обкладка внешнего конденсатора и под давлением прижимает их к нижней обкладке, после чего она фиксируется винтами в этом положении. Необходимо отметить, что суммарная площадь поверхностей диэлектрических прокладок должна быть мала по сравнению с площадью полосок, на которые крепятся ряды эмиссионных электродов, чтобы не препятствовать эмиссии электронов.

Модулятор готов к работе.

После того, как срок службы эмиссионных катодов истекает в следствие испарения рабочего вещества с малой работой выхода, барабаны начинают вращаться в противоположном направлении, и направляющие нити наматываются на другой точно такой же барабан. При этом пленки-блоки с рядами эмиссионных катодов проходят технологический цикл обработки, при котором на их поверхности наносится новое рабочее вещество с малой работой выхода взамен испарившегося в процессе работы. Можно рекомендовать делать рабочие поверхности эмиссионных катодов из вольфрама, в который методом плазменного напыления инжектируются предварительно ускоренные ионы цезия. Они проникают в него на некоторую глубину и фиксируются там. Работа выхода такого катода будет 1,36 эВ, плотности эмиссионного тока будут выше, чем у вольфрамово-бариевого термокатода при одинаковых температурах. Взамен испарившихся атомов цезия затем, во время перемотки направляющих нитей с закрепленными на них пленками-блоками с рядами эмиссионных катодов, в вольфрамовые катоды будут инжектироваться новые ионы цезия.

Скорость перемотки направляющих нитей реально может достигать величины 30 м/с, поскольку именно такая скорость считается предельно допустимой для ленты транспортера, используемой в генераторе Ван-Дер-Граафа. При такой скорости перемотки направляющие нити длиной 87 км перематываются за 50 мин.

После повторной перемотки с нанесением на поверхности эмиссионных катодов нового рабочего вещества с малой работой выхода, а также возможного нанесения на поверхности полосок, к которым крепятся катоды, небольшого слоя материала с большой работой выхода, возможного стравливания с этих поверхностей попавших туда атомов материала с малой работой выхода, установления обкладок внешнего конденсатора модулятор снова готов к работе.

Для описания работы модулятора необходимо дать описания тех приборов и устройств, в которых он используется в качестве основного рабочего элемента конструкции.

На оси распространения излучения, прошедшего модулятор, за его выходом расположена отражающая поверхность 13. Характер этой поверхности зависит от конкретного устройства, в котором используется модулятор. Некоторые устройства в своей работе отражающую поверхность не используют.

На фиг. 5 изображена принципиальная схема устройства для запитки энергией сверхпроводящих катушек. Ось распространения излучения расположена наклонно по отношению к отражающей поверхности 13 и стенкам волновода 14 с возможностью ввода излучения внутрь него и образования в волноводе стоячей волны требуемой конфигурации так, чтобы в областях пучностей волны вектор ее электрического поля был параллелен участкам сверхпроводящей обмотки 15 катушки, помещенным внутрь волновода или на его внутренние стенки. На фиг. 6 изображена схема волновода устройства для запитки энергией сверхпроводящих катушек в точке пучности стоячей волны TE₁₀. Участок сверхпроводящей обмотки 15 катушки в виде штыря в этом случае как раз оказывается в области электрического поля, направление которого параллельно поверхности участка. Возможны другие варианты расположения участка. Например, участки в виде полос могут располагаться на стенке волновода 14, причем эта стенка может быть совмещена с отражающей поверхностью 13. Волновод выполняется замкнутым, его длина согласована с длительностью импульса излучения, длиной волны, углом ввода излучения в волновод и расстоянием между широкими стенками плоского волновода, отражающими излучение как показано на фиг. 5, так, чтобы длина всего цуга импульса излучения, введенного в волновод, с учетом отражения от стенок полностью в него укладывалась за один проход. /Под "плоским" подразумевается волновод с прямоугольным поперечным сечением, под "широкими" подразумеваются стенки, площадь которых больше площади других стенок волновода/. Вторым требованием является согласование указанных параметров так, чтобы волна после прохождения волновода возвращалась к точке ввода излучения в волновод в той же фазе, в какой она в него вводилась. Исключение составляет случай, когда излучение вводится по касательной к стенкам волновода. При этом длина импульса может быть не ограничена, излучение направляется в волновод не непосредственно с выхода модулятора, а через ответвитель /другой волновод/ так, чтобы волна при циркуляции внутри волновода в ответвитель не попадала. Главным требованием согласования параметров во всех случаях является то, чтобы волна приходила на участки сверхпроводящей обмотки катушки в фазе с одинаковым направлением электрического поля волны. Выход модулятора, за исключением случая, оговоренного выше, установлен на стенке волновода и совпадает с точкой ввода излучения в волновод. Вдоль стенки волновода на значительном расстоянии от точки ввода излучения могут быть установлены дополнительные модуляторы, расстояние до которых от этой точки определяется экспериментально в каждом конкретном случае расходимостью излучения, поступающего внутрь волновода. Дополнительный модулятор соединен с дополнительным волноводом, выполненным с возможностью отводить излучение, прошедшее модулятор, либо какой-либо преобразователь энергии излучения, либо на источник электромагнитного излучения с возможностью повторного направления излучения через модулятор с измененной фазой в волновод, например, после рассеяния на свободный электронах в СВЧ-генераторе, либо дополнительный волновод содержит расположенные на стенках или внутри него участки сверхпроводящей обмотки катушки, выполненные так, чтобы излучение падало на них после прохождения модулятора и после отражения от стенок в фазе с одинаковым заданным направлением электрического поля волны. Стенки волновода, противоположные участкам сверхпроводящей обмотки, включены в электрические цепи, снимающие с них разность потенциалов, развиваемую падающей на них волной после многих отражений. Цепь может содержать, например, диоды, соединенные с конденсатором, пропускающие ток в одном направлении на конденсатор и не пропускающие в противоположном. И участки сверхпроводящей обмотки катушки, и расположенные рядом с ними проводящие участки стенок, образующие сопутствующие электрические цепи, описанные выше, могут быть расположены как вдоль направления распространения излучения в волноводе, так и поперек его. На стенках волновода могут устанавливаться отражающие дифракционные решетки, например, с элементами в виде клиньев, отражающие падающие излучение только под определенным углом. Участки сверхпроводящей обмотки могут располагаться на обеих противоположных стенках волновода.

На фиг. 7 изображена принципиальная схема создания реактивной тяги с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе 6, вид сбоку. Над магнитной катушкой 16 установлены соосные с ней сегментированные электроды 17, 18, выполненные в виде поверхностей фигур вращения, внутренний из которых установлен на выступе корпуса двигателя. Над ним установлен источник ионизирующего излучения 19, например, рентгеновского. Между электродами установлены модуляторы, совмещенные с СВЧ-излучателем 20, 21. С боков двигателя установлены пары коаксиальных электродов 22, 23. Между ними вдоль задней поверхности двигателя установлен источник ионизирующего излучения 24, например, электронов, и модулятор с СВЧ-излучателем 25. На фиг. 9 изображена принципиальная схема создания реактивной тяги за счет сбора находящегося впереди по курсу вещества внешней среды с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе. В носовой части двигателя установлены носовые источники ионизирующего излучения 26, 27, например, мощные источники жесткого рентгеновского излучения, создаваемого линейными ускорителями электронов с энергией ускоряемых частиц не менее 5 МэВ. Между ними установлен модулятор с СВЧ-излучателем 28, плоскость поляризации излучения которого на выходе модулятора перпендикулярна оси катушки магнитного поля. На фиг. 10 изображена принципиальная схема создания реактивной тяги за счет сбора вещества внешней среды вдоль оси магнитной катушки с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе. Модуляторы, совмещенные с излучателем СВЧ 29, 30, около его поверхности. На фиг. 11 изображена принципиальная схема создания реактивной тяги за счет ядерных взрывов на оси магнитной катушки с применением автоэлектронного модулятора в электроракетном двигателе. Модулятор, совмещенный с излучателем СВЧ 31, располагается со стороны предполагаемого осуществления взрыва на оси катушки внизу двигателя /в его нижней части/.

На фиг. 12 изображена принципиальная схема высоковольтного генератора с применением автоэлектронного модулятора. Модулятор, совмещенный с излучателем СВЧ 32, расположен около волновода 33 и выполнен с возможностью ввода внутрь него промодулированного излучения. По крайней мере одна из стенок волновода выполнена из проводящего материала и вдоль всей длины волновода электрически разделена диодами 34, 35, выполненными с возможностью пропускать электрический ток, текущий по стенке вдоль волновода, только в одном направлении и не пропускать в противоположном. К концам проводящей стенки, расположенным около входа излучения в волновод и около выхода, присоединен конденсатор 36 /если волновод выполнен замкнутым, то в одном месте стенка электрически размыкается, и конденсатор 36 присоединяется с двух сторон по отношению к точке размыкания/. На фиг. 12 изображен как раз такой случай замкнутого волновода, когда электрическое размыкание проводящей стенки осуществляется в точке расположения модулятора, в которой находится также точка входа излучения в волновод. Расстояние между стенками волновода и угол ввода излучения в волновод так согласованы с длиной волны, чтобы волна после выхода из модулятора и отражения от стенок падала на проводящую стенку постоянно в одной и той же фазе с заданным направлением вектора электрического поля волны вдоль волновода.

В лазерах модулятор располагается там же, где располагаются полупрозрачные зеркала или оптические затворы.

Автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения работает следующим образом. Электромагнитное излучение испускается мощным СВЧ-излучателем 1 и вдоль оси распространения излучения поступает на модулятор 2, в котором оно сначала поступает на поляризатор 3, становится линейно поляризованным, а затем поступает в промежутки между рядами эмиссионных катодов 4, 5, 8, так, чтобы плоскость поляризации была перпендикулярна рядам эмиссионных катодов. Под действием электрического поля волны с их поверхностей начинается термоавтоэлектронная эмиссия при условии, что этот вектор направлен в ту же сторону, при которой он способствует вылету электронов с катодов. В этом случае электроны перекрывают эмиссионными токами промежутки между рядами катодов за время, много меньшее периода электромагнитной волны. Концентрация частиц в электронном облаке доводится до величины, при которой от него происходит полное отражение электромагнитной волны [5] l длина волны, м.

Во время испускания эмиссионных электронов возникает электрический ток, текущий в сторону поверхностей катодов со стороны соединенной с ними полоски 9 через электрически соединенные с ней катоды и промежуточный слой 6. Уединенные пластины 7, 10 накапливают избыточный положительный заряд, величина которого определяется их емкостью. Возникающие при этом электрическое поле направлено противоположно полю волны и препятствует вылету эмиссионных электронов. Это поле усиливается до тех пор, пока электроны, испущенные расположенным ниже ближайшим рядом эмиссионных катодов, не достигнут полоски. После этого н