RU1836748C - Квазиоптический вибрационный гиротрон - Google Patents

Description

лении по меньшей мере точно одной оси разо зки, причем по меньшей мере точно одна ось разв зки образует с осью резонаора заданный угол а, отличный от нул . Существочизобретени  заключаетс  в ом, что Голограмма не содержит по сравнению с обычным штриховым растром несколько направлений дифракции, в которых осуществл етс  рассеивание поступившей волны, то есть гауссова мода резонатора, а имеет лишь заранее определенное количество точно определенных направлений рас- сеивани . В результате этого подлежащее разв зке излучение посто нно-отклон етс  только в желаемом направлении. Кроме того , с помощью голограммы могут вырабатыватьс  желаемые гауссовы волны, которые затем без существенных потерь могут передаватьс  к потребителю.

В случае квазиоптического вибрационного гироскопа, при работе которого статическое магнитное поле вырабатываетс  с помощью двух катушек по схеме Гельмголь- ца. бсь резонатора и ось разв зки расположены предпочтительно в одной общей плоскости перпендикул рно оси электронного луча. Угол между осью резонатора и осью разв зки  вл етс  в предпочтительном случае настолько большим, что претерпевшее разв зку излучение может в основном без помех достигать пространство сбоку от противолежащего зеркала.

В определенных обсто тельствах оказываетс  предпочтительным предусмотре- ние нескольких осей разв зки. В случае этой формы выполнени  нагрузка излучением распредел етс  по нескольким высокочастотным окнам. Обща  мощность вибрационного гироскопа может быть тем самым увеличена в несколько раз при ограниченной предельно допускаемой нагрузке на высокочастотное окно.

Описанное многократное увеличение мощности может достигатьс  различными пут ми. Одна поверхность зеркала может быть оснащена голограммой, котора  обслуживает , например, точно две оси разв зки, или же каждое из обоих зеркал содержит голограмму, котора  обслуживает, например , точно одну ось разв зки,

Голограмма не может быть целом подробно описана конкретными физическими признаками. Она определена своим специфическим свойством, которое заключаетс  в рассеивании заданной падающей волны под одним или несколькими определенными углами.

По существу голограмма представл ет собой латерэльно и по глубине модулированную , электропроводную поверхность

зеркала со структурными размерами, составл ющими пор дка длины волны электромагнитного излучени .

Большое количество следующих форм исполнени  вытекает из пунктов формулы изобретени .

Изобретение по сн етс  ниже более подробно на основании примеров выполнени  в совокупности с чертежом. На фиг. 1 схематически показан квазиэлектронный вибрационный гироскоп в продольном сечении; на фиг. 2 - то же, в поперечном сечении; на фиг. 3 - упрощенное поперечное сечение зеркальной повер- 5 хности с голограммой; на фиг. 4 - вид спереди на зеркало с голограммой.

Использующиес  на чертеже ссылочные обозначени  и их значени  в полном объеме приведены в перечне ссылочных 0 обозначений. В основном идентичные части оснащены одинаковыми ссылочными обозначени ми .

Фиг. 1 показывает одну предпочтительную форму выполнени  изобретени . Соот5

ветствующий

квазиоптический

вибрационный гироскоп охватывает первые средства 6 дл  выработки, например, имеющего кольцевую форму электронного луча 1, который проходит вдоль оси 2 электронного

0 луча. Названные первые средства 6 состо т, например, из хорошо известной магнетрон- ной инжекционной пушки. Включенные по схеме Гельмгольца две катушки За и ЗЬ (то есть рассто ние между ними соответствует

5 в основном их радиусу) вырабатывают статическое магнитное поле, ориентированное параллельно оси 2 электронного луча, в результате чего электроны электронного луча

1привод тс  во вращательное движение. 0 Квазиоптический резонатор, образованный двум  противолежащими и расположенными на одной оси 5 резонатора зеркалами 4а, 4Ь, расположен между обеими катушками За, ЗЬ таким образом, что его

5 ось 5 ориентирована перпендикул рно оси

2электронного луча.

В результате вращени  электронов в резонаторе возбуждаетс  высокочастотное

0 электромагнитное переменное поле, в результате чего осуществл етс  разв зка желаемого электромагнитным излучением из резонатора с использованием пригодных дл  этой цели средств и это излучение мо5 жет быть передано потребителю через высокочастотное окно и волновод. Высокочастотное окно закрывает вакууми- рованный сосуд 9, в котором расположены описанные части, относительно внешнего пространства (например, волновода).

Обе катушки За. ЗЬ, оказывающие друг на друга большие по величине силы, опираютс  друг о друга с помощью опорной конструкции 7. Эта конструкци  содержит пригодные дл  резонатора отверсти  или свободные пространства. Опорна  конструкци  7 может представл ть собой, например , оснащенную отверсти ми траверсу или опорный каркас из соответствующим образом расположенных титановых прутьев .

Описанные до насто щего момента части вибрационного гироскопа  вл ютс  по себе известными (например, из процитированного выше уровн  техники). По этой причине можно отказатьс  От их подробного по снени .

В отличие от этого новыми  вл ютс  вид и принцип разв зки, Они будут рассмотрены более подробно ниже.

Фиг. 2 показывает соответствующий изобретению резонатор в поперечном сечении . При этом изображении ось 2 электронного луча расположена перпендикул рно плоскости чертежа. Позади или в опорной конструкции 7 видна катушка ЗЬ. В остальном уже описанные на основании фиг. 1 части оснащены одинаковыми ссылочными обозначени ми.

Зеркала 4а, 4Ь имеют заполн ющее резонатор поперечное сечение и имеют, например , форму окружности. Они имеют каждое металлическую или сверхпровод щую и предпочтительно сферическую искривленную зеркальную поверхность 8а, 8Ь. В соответствии с особо предпочтительной формой выполнени  одна из обеих зеркальных поверхностей 8Ь оснащена голограммой , котора  обеспечивает разв зку части колеблющегос  в резонаторе переменного пол  при заранее заданном угле а.

Голограмма на зеркале 4Ь осуществл ет разв зку желаемого излучени  относительно резонатора исключительно под заранее определенным углом ее вдоль оси 10 разв зки. Под а понимают при этом угол, который образован осью резонатора и осью 5 или 10 разв зки. Он  вл етс  однозначно отличным от нул  и выбран таким образом, что претерпевшее разв зку излучение может достигать области, расположенной сбоку от противолежащего зеркала 4а в его близости. Высокочастотное окно 11 расположено на оси 10 разв зки и герметично закрывает сосуд 9 относительно волновода (на фиг. не изображен), который расположен коаксиально к оси 10 разв зки.

В предпочтительном случае угол а  вл етс  по возможности минимальным. В

этом случае разв занное излучение может при относительно незначительных помехах проходить с одной стороны от зеркала 4а, Угол а составл ет в этом случае величину, 5 приблизительно равную углу раскрыва, под которым зеркало 4а визуально воспринимаетс , исход  из дифракционного зеркала 4Ь (например, в зависимости от соотношени  между диаметром зеркала и рассто нием

10 между зеркалами). Типична  величина угла составл ет 20-30 .

Преимущества такого минимального угла заключаетс  в том, что опорна  конструкци  разв зки должна содержать лишь

15 относительно короткое, то есть проход щее приблизительно радиально отверстие и, следовательно , ее прочность уменьшаетс  лишь на об зательно необходимую величину.

Фиг. 3 показывает в схематической фор0 ме фрагмент зеркальной поверхности 8Ь, оснащенной голограммой 12. Зеркальна  поверхность 8Ь расположена по-существу перпендикул рно оси 5 резонатора. Голограмма 12 выражена структурой зеркальной

5 поверхности 8Ь. Характеристика структуры зависит в каждом конкретном случае от падающих и отраженных волн, в частности, от их длины, от формы их фронтов, от распределени  интенсивности (соотношени  меж0 ду разв занной относительно резонатора энергией и накопленной в нем энергией), а также от их направлений распространени  (например, угол а). Структура не может быть определена в общем случае с помощью

5 простых геометрических параметров, например , толщины d или периода L, В целом голограмма 12 может быть описана , например, следующим образом:

1.Поступающа  волна представл ет со- 0 бой гауссову моду резонатора и проходит в

основном перпендикул рно зеркальной поверхности (плоскости голограммы).

2.Основна  часть (например. 99%) поступающей волны отражаетс  в виде гауссовых мод в противоположном направлении

5 (например, в направлении оси 5 резонатора ).

3.Мала  часть (например, 1 %) поступающей волны рассеиваетс  в виде гауссовых волн под углом а(то есть в направлении оси

0 10 разв зки).

Если гауссовы волны  вл ютс  однозначно определенными, то в этом случае однозначно определенной  вл етс  также и голограмма 12.

5 Параметры голограммы оказывают к тому же вли ние на свойства резонатора. Посредством доли разв занной мощности можно производить регулирование добротности резонатора. Таким образом вибрационный гироскоп оптимизируетс  дл  предусмотренного диапазона мощности.

Дл  случа  гауссовых волн применительно к геометрическим размерам структуры можно отметить, что толщина d (глубина структуры) и период L составл ют в типичном случае пор дка длины волны желаемого излучени  и что не возникает никаких острых кромок. В случае длин волн миллиметрового диапазона могут встречатьс , таким образом, геометрические размерности пор дка от несколько дес тых до нескольких миллиметров.

Фиг. 4 показывает в схематической форме вид спереди на круглое зеркало. Голограмма дл  разв зки желаемых гауссовых волн обозначена посредством нескольких проход щих р дом друг с другом, идентичных , искривленных линий,которые по сн ют возвышени  структуры. Возвышени   вл ютс  периодическими обычно на небольших участках, однако не на прот жении всей голограммы.

Дл  изготовлени  соответствующей изобретению голограммы используют предпочтительно компьютер. С его помощью может быть рассчитана конкретна  структура зеркальной поверхности при заданных, по сненных выше параметрах голограммы. С помощью соответствующего станка рассчитанна  структура может быть перенесена затем на зеркальную поверхность. Этот способ изготовлени  предполагает использование того факта, что размер голографической структуры лежит в диапазоне пор дка 1/10 мм.

Возможно, однако, также получение фотографического изображени  голограммы с помощью фотографировани  в диапазоне миллиметровых волн. При этом аналогично оптической голографии гауссовы моды резонатора интерферируют с подлежащей разв зке гауссовой волной и полученна  картина интерференции фиксируетс  фотографическим путем.

В последующем рассматриваютс  некоторые следующие формы исполнени  изобретени .

До насто щего момента речь шла посто нно о голограмме на сферически искрив- ленном зеркале. Изобретение не ограничиваетс , однако, таким зеркалом. Возможно также использование плоского зеркала с интеграцией эффекта сферической кривизны в голограмму.

Другим важным аспектом  вл етс  количество направлений рассеивани . До насто щего времени посто нно подчёркивалось, что разв зка осуществл етс  лишь точно в одном направлении. Это справедливо, однако, только в отношении одной предпочтительной формы выполнени . Изобретением предусмотрена также

возможность того, что голограмма обеспечивает рассеивание гауссовых волн точно в двух или в целом точно в п заданных направлени х разв зки. Многократна  разв зка может оказатьс  предпочтительной, напри0 мер, в том случае, если речь идет о необходимости умножени  выходной мощности, котора  ограничена предельно допускаемой нагрузкой на высокочастотное окно, с целью получени  более высокой общей

5 мощности вибрационного гироскопа. Как и прежде, дл  достижени  высокого коэффициента полезного действи  при этом важно то, чтобы лишь излучение рассеивалось в направлении, например, двух заранее за0 данных осей разв зки.

В случае использовани  голограммы с двум  направлени ми разв зки обе оси разв зки проход т предпочтительно симметрично оси резонатора.

5Обща  мощность может быть также увеличена другим образом, а именно за счет того, что оба зеркала 4а, 4Ь резонатора оснащаютс  каждое отдельной пригодной голограммой . Так, например, с

0 использованием двух голограмм, кажда  из которых имеет точно одно направление разв зки , можно добитьс  экстрагировани  двух гауссовых волн.

В основном изобретение не ограничи5 ваетс  гауссовой формой волн. Полностью аналогичным.образом дл  других целей использовани  может осуществл тьс  разв зка других и даже любых форм волн.

В качестве обобщени  можно констати0 ровать, что за счет соответствующей изобретению разв зки могут вырабатыватьс  миллиметровые и субмиллиметровые волны с высокой мощностью в режиме длительного излучени . Выработанные таким образом

5 волны могут без существенных потерь передаватьс  с помощью обычных волноводов к удаленным потребител м.

Claims (3)

1. Квазиоптический вибрационный ги0 ротрон, содержащий источник электронов, коаксиально размещенные относительно оси электронного потока катушки Гельм- гольца и размещенный между ними квазиоптический резонатор, выполненный в виде

5 двух зеркал, размещенных встречно на оси резонатора; перпендикул рно к оси электронного луча, и вывод энергии, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выходной мощности и ее стабильности, на отражающей поверхности одного из зеркал

размещена голограмма, выполненна  в виде модулированной по глубине и в боковом направлении электропроводной структуры величиной, равной длине волны электромагнитного излучени , а ось рассе ни  голограммы совмещена с осью вывода энергии, выполненного в виде высокочастотного окна , размещенного вблизи другого зеркала.

2.Гиротрон по п. 1. о т л и ч а ю щ и и с   тем, что .оси квазиоптического резонатора и рассе ни  голограммы размещены в одной плоскости.

3.Гиротрон по п. 2. отличающийс  тем. что отражающа  поверхность зеркал размещена перпендикул рно к оси резонатора и выполнена в виде сегмента сферы.

Фиг.1

Фиг.1

Фиг.