RU1835099C - Гиротрон - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к СВЧ-технике. конкретно к генераторам конкретного электромагнитного излучени . Цель изобретени  - снижение мощности потерь и повышение выходной мощности - достигаетс  тем, что отражатели резонатора гиро- трона имеютсверхпровод щую отражающую поверхность и введены средства дл  подавлени  магнитного пол  на сверхпровод щей поверхности. В вариантах выполнени  средства дл  подавлени  магнитного пол  имеют вид железного кожуха , состо щего из одной или нескольких частей, или же системы компенсирующих токовых катушек. 8 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к СВЧ-технике, конкретно - к генераторам когерентного электромагнитного излучени .

Цель изобретени  - снижение мощности потерь в гиротроне, способном генерировать микроволны с частотой более 100 ГГц с мощностью непрерывного излучени  в 1 МВт и более.

Цель изобретени  достигаетс  тем, что отражатели квазиоптического резонатора имеют сверхпровод щую отражающую поверхность , и что предусмотрены средства дл  подавлени  магнитного пол  на поверхности отражателей.

На фиг.1 схематично изображен гиро- трон; на фиг.2 - зависимость магнитного пол  от радиуса; на фиг.З - схематичное изображение  рма-кожуха в форме полого цилиндра; на фиг.4 - схематичное изображение гиротрона с несколькими част ми  рма; на фиг.5 - схематичное изображение

частей  рма в форме полого цилиндра и их месторасположение по отношению к резонатору .

Используемые на чертеже условные обозначени  и их смысл сведены в список обозначений. Принципиально одинаковые детали снабжены одинаковыми условными обозначени ми.

.Фиг.1 показывает существенные дл  изобретени  детали гиротрона. Не показанна  на фигуре электронна  пушка инжектирует электроны в форме, например, кольцеобразного электронного пучка 1. Электроны движутс  вдоль оси 2 электронного пучка. Две катушки За и 36 расположе- ны на оси 2 электронного пучка на рассто нии, равном их радиусу (так называемое , расположение Гельмгольца). Они создают статическое, параллельное оси 2 электронного пучка центрированное магнитное поле (с магнитной индукцией 4 Тл и более).

(Л

С

00

со ел о о ю

ы

Между обеими катушками За, 36 расположен квазиоптический резонатор. Он состоит из двух сферических круглых отражателей 4а и 46. которые расположены на оси 5 резонатора противоположно друг другу. Ось резонатора при этом находитс  перпендикул рно оси 2 электронного пучка.

Электроны возбуждают в квазиоптическом резонаторе электромагнитное переменное поле, которое через окно 7 и волновод 8 выводитс  к потребителю. Обе катушки За, 36 резонатора и электронный пучок 1 наход тс  в вакуумной оболочке 9.

Описываемые до этого детали гиротро- на известны. Новыми  вл ютс  средства дл  экранировани  магнитного пол  и тип резонатора.

Дл  того, чтобы экранировать магнитное поле от внешней среды, предусмотрено  рмо-кожух 10, которое охватывает обе катушки За, 36. Оно состоит из материала с высокой магнитной проницаемостью, преимущественно из железа.

В соответствии с примером выполнени   рмо 10 имеет форму полого цилиндра 11 длиной L, которое в осевом направлении закрыто крышкой 12 и днищем 13. Полый цилиндр 11 коаксиален оси 2 электронного луча. Длина 1 и внутренний радиус Ri полого цилиндра 11 таковы, что обе катушки За, 36 в расположении Гельмгольца и охватывающа  их оболочка 9 наход тс  внутри.

Крышка 12 и днище 13 полого цилиндра 11 оснащены проходными отверсти ми дл  электронного луча 1. Полый цилиндр 11 имеет два диаметрально противоположных отверсти , таких, что электромагнитное переменное поле, в резонаторе не искажаетс  ими.

Оба отражател  4а, 46 образуют стенки резонатора и имеют по одной сверхпровод щей отражающей поверхности ба и 66. Не показанное на фигуре охлаждающее устройство поддерживает их на достаточно низкой дл  сверхпроводимости температуре . Сверхпровод щие отражающие поверхности 6а, 66 образуютс , например, посредством покрыти , состо щего из высокотемпературного или обычного сверхпроводника .

Оба сферических отражател  4а, 46 расположены вне  рма 10 перед отверсти ми полого цилиндра 11. В симметричном примере выполнени  они расположены на рассто нии , большем внешнего радиуса Ra полого цилиндра 11.

Фиг.2 по сн ет эффект экранировани . На абсциссе симметрично отложен радиус г, т.е. рассто ние от оси 2 электронного пучка , а на ординате отложена величина магнитной индукции В. Проведенна  крива  изображает магнитное поле в присутствии  рма 10. При приосевой области, котора  превышает диаметр электронного пучка 1,

магнитное поле почти однородно. Затем оно падает с увеличением радиуса т настолько , что на поверхности отражателей 4а, 46 сверхпроводимость не разрушаетс . Пунктирна  крива  показывает харак0 тер магнитного пол  без  рма 10. В этом случае магнитное поле почти однородно в

сравнительно широкой области и медленно падает с увеличением радиуса.

Фиг.З показывает разрез  рма 10. По5 лый цилиндр 11 длиной L имеет два отверсти  дл  пропускани  пол  резонатора, одно из которых- обозначенное 14 - можно видеть на фигуре. Это отверстие 14 помещено примерно в середине полого цилиндра

0 11, оно круглое и ось резонатора проходит через его центр.

Днище 13 и крышка 12 имеют по одному проходному отверстию 16 и, соответственно , 15. На фигуре указаны внутренний ради5 ус Rj и внешний радиус Ra полого цилиндра. Ярмо 10 фиг.1 получаетс , если соедин тс  две половины  рма, изображенные на фиг.З. Такое  рмо создает наилучшую возможность экранировани  магнитного пол .

0 Фиг.4 показывает квазиоптический ги- ротрон с  рмом, состо щим из нескольких частей 17a-17f. На фигуре выделены следующие части: ось резонатора 5, оба отражател  4а, 46. одна из катушек За и

5 кольцеобразный электронный пучок 1. На фиг,4 ось электронного пучка находитс  перпендикул рно плоскости чертежа.

В соответствии с предпочтительным примером выполнени   рмо содержит в се0 бе шесть одинаковых частей 17a-17f. Они расположены на равных рассто ни х вокруг оси электронного пучка вокруг катушки. Два диаметрально противоположных друг друга промежутка служат в качестве отверсти 

5 дл  пропускани  пол  резонатора.

Фиг.5 показывает две таких части  рма 17с, 17d с щелевым промежутком, служащим в качестве отверсти  18. Отражатель 46 отстоит от оси 2 электронного луча на рас0 сто нии, большем внешнего диаметра  рма .

Части  рма 17a-17f образуют сегменты полого цилиндра, который закрыт в осевом направлении днищем и крышкой. Они  вл 5 ютс  аэимутально ограниченными вырезами  рма в форме полого цилиндра, как это было показано на фигурах 1 и 3. Они имеют форму, похожую на кусочек торта.

Образованное из шести частей 17a-17f  рмо полностью охватывает катушки. Из-за

высокой магнитной проницаемости наибольша  часть магнитного потока концентрируетс  внутри частей  рма. Вне области, имеющей форму втулки, охваченной част ми корпуса, магнитное поле достаточно мало.

Принципиально важно, что вращательна  симметри  магнитного пол  в приосе- вой области электронного пучка 2, несмотр  на экранирование хорошо сохран етс . При использовании  рма, которое состоит из одной части, это также имеет место.

С увеличением числа частей  рма, вращательную симметрию можно аппроксимировать все лучше, но возрастает сложность монтажа.

Поэтому  рмо с восемью част ми тоже обеспечивает достижение цели изобретени .

Принципиально дл   рма подходит любой материал, который имеет магнитную проницаемость, много большую, чем проницаемость вакуума. Железо в этом смысле  вл етс  лишь типичным кандидатом.

Другим примером выполнени  служит компенсирующее магнитное поле. Оно создаетс  двум  или более дополнительными катушками. Дополнительные катушки наход тс  вне цилиндрического объема, содержащего катушки Гельмгольца.

Например, дополнительные катушки тоже коаксиальны оси электронного луча. Тогда радиус, интервал и ток дополнительных катушек можно соизмерить таким образом , что суммарна  напр женность магнитного пол  на поверхности отражател  резонатора находитс  ниже предела, требуемого дл  сверхпроводимости. Конкретные величины завис т от различных значений параметров и могут быть просто рассчитаны аналитически.

Активный и пассивный пути решени  при определенных обсто тельствах могут быть и скомбинированы, благодар  тому, что действие геометрически простого  рма улучшаетс  с использованием удобно расположенных маленьких катушек.

Изобретение позвол ет значительно повысить мощность гиротрона, в результате того, что преимущества сверхпровод щих стенок резонатора могут быть полностью использованы.

Список обозначений.

1 - электронный луч; 2 - ось электронного луча; За, 36 - катушки; 4а, 46 - отражатели; 5 - ось резонатора; 6а, 66 - отражающие поверхности; 7 - окно: 8 - волновод; 9 - вакуумна  оболочка; 10 -  рмо- кожух; 11 - полый цилиндр; 12 - крышка; 13

Claims (9)

1.Гиротрон, содержащий две катушки в 5 расположении Гельмгольца дл  создани 

статического осесимметричного относительно оси электронного луча магнитного пол , причем ось электронного луча параллельна магнитному полю, а квазиоптиче0 ской резонатор содержит два отражател , расположенных противоположно друг другу , причем ось резонатора установлена по центру между двум  катушками перпендикул рно оси электронного луча, отличаю5 щ и и с   тем, что, с целью снижени  мощности потерь и повышени  выходной мощности , отражатели резонатора имеют сверхпровод щую отражающую поверхность и введены средства дл  подавлени 

0 магнитного пол  на сверхпровод щей отражающей поверхности.

2.Гиротрон по п.1,отличающийс  тем, что, средства дл  подавлени  магнитного пол  включают в себ  по крайней мере

5 две дополнительные катушки, которые расположены вне катушек, предусмотренных в расположении Гельмгольца.

3.Тиратрон по п.1, отличающийс  тем, что средства дл  подавлени  магнитно0 го пол  содержат  рмо-кожух, состо щее из материала и высокой магнитной проницаемостью и охватывающее две катушки в рас-, положении Гельмгольца, а отражатели резонатора расположены вне зоны, охваты5 ваемой  рмом.

4.Гиротрон по п.З, отличающийс  тем. что  рмо выполнено в виде полого цилиндра , который в осевом направлении закрыт днищем и крышкой, причем полый

0 цилиндр снабжен по крайней мере двум  диаметрально противоположными друг другу отверсти ми, наход щимис  на оси резонатора , а днище и крышка имеют по одному проходному отверстию дл  электронного

5 пучка.

5.Гиротрон по п.З, отличающийс  тем, что  рмо выполнено из нескольких одинаковых сегментов полого цилиндра, расположенных с регул рными промежутками

0 вокруг оси электронного луча, а отверсти , наход щиес  на оси резонатора, образованы двум  диаметрально противоположными друг другу промежутками.

6.Гиротрон по п.5, отличающийс  5 тем, что  рмо выполнено в виде сегментов

полого цилиндра, закрытого в осевом направлении крышкой и днищем.

7.Гиротрон по п.5, отличающийс  тем, что  рмо образовано по меньшей мере шестью сегментами полого цилиндра.

8. Гиротрон по п.5. отличающийс  тем, что  рмо выполнено из шести или восьми сегментов полого цилиндра.

9. Гиротрон по п.З, отличающийс  тем. что в качестве материала с высокой магнитной проницаемостью использовано железо.

9

В

Фиг. /

11

Фиг.З

16

13

17с

17d