Магнетронный генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

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

ss эо

25

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