SU1422943A1

SU1422943A1 - Способ передачи СВЧ-энергии по волноводному тракту в нагрузку

Info

Publication number: SU1422943A1
Application number: SU864171109A
Authority: SU
Inventors: А.А. Евдокимов; В.В. Петренко; В.Н. Смирнов; К.Е. Соколов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1758
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1990-12-15

Abstract

Изобретение относитс к ускори- тельной технике. Способ передачи сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии по ВОЛНОВОДНОМУ тракту (ВТ) в нагрузку состоит в том, что в ВТ от внешнего ионизирующего источника создают ионизированный газ с концентрацией электронов 10-10 , при этом напр женность электрического пол поддерживают выше значени напр женности возникновени автоэлектронной эмиссии из стенок ВТ, возбуждают продольное магнитное поле (МП), вектор магнитной индукции которого противоположен вектору распространени СВЧ электромагнитной волны, измер ют напр женность МП до совпадени скопической частоты электронов ионизированного газа с рабочим значением частоты СВЧ-волны, перемещают границы участка с магнитным полем вдоль тракта до совпадени на нагрузке фаз падающей СВЧ-волны, отраженной от области магнитоактивного ионизированного газа. Способ повышает энергию, передаваемую на нагрузку. 2 з.п. ф-лы, 2 ил./

Description

ю ю ю

; Изобретение относитс к технике ускорителей и может быть использова- Ио в радиолокационных станци х, уста- йовках космической св зи, в электро- технической, атомной и других отрас- л х промьгашенности.

Целью изобретени вл етс повьппе- йие энергии, передаваемой- в нагрузку.

Существо изобретени по сн етс На примере работы устройства, приведен- Цого на фиг. 1. На фиг, 2 представ- 4ена экспериментальна крива зависи- Йости светимости (ионизации) газа (JN) от уровн СВЧ-мощности в. волне- йодной линии при Р г 5 атмо

На фиг. 1 показаны волноводный рракт 1, соленоид 2, СВЧ-генератор1 2 Нагрузка 4, пр ма волна 5 отраЖен - 1||а от нагрузки волна 6, область 7 Нагнитоактивного газа, направление 8 faгнитнoгo пол соленоида, отраженна 4т магнитоактивного газа волна 9. U общем случае электромагнитна волна 5, распростран юща с от СВЧ- генератора 3 к награгзке 4, проход По волноводному.тракту, испытывает малые затухани . В волноводном тракте 1 возникают волны, распростран ющиес в направлении, противоположИом распространению.рабочей СВЧ-волны 5. При наложении на волноводный тракт 1 продольного магнитного пол ,соленоида 2, иаправление 8 которого противоположно волновому вектору рабочей СВЧ волны 5, ионизиробанный газ 7 приобретает, свойства анизотропной среды, в результате чего отраженна от нагрузки волна 6 снова отражаетс от магнитоактивного газа 7 и направ- л етс как волна 9 в нагрузку 3. Перемещением соленоида 2 по волноводному тракту 1 добиваютс совпадени в нагрузке фаз пр мой волны 5 и отраженной волны 9.

Интервал изменени концентраций свободных электронов находитс в пре

делах 10 :10 см . Нижнее ог ,.э

раничение обусловлено слабо вьфажен- ным эффектом отражени СВЧ-волны от ма.гнитоактизного ионизированного газа , что установлено экспериментально а верхнее - пробойными влени ми в СВЧ-тракте.

V

Длину соленоида выбирают с учетом длины плато магнитногс- пол : L-7 3,

j

.

3 5

0 , 30 35 40 ч5

5

SO

55

где d - диаметр соленоила. Дл пр моугольного волновода с широкой стенкой а .1

d /a +a2/A 1,1,

т.е. t,3, . Следовательно, Нижнее ограничение ллины соленоида состоит в том, чтобы она была больше длины волны в волноводе. Верхнее ограничение определ етс конструктивными особенност ми СВЧ-тракта.

Давление газа в волноводе обусловлено электрической прочностью волновода , оно находитс в пределах от до 5,0 атм (дл области техники, например , линейных ускорителей электронов ) .

Величину Н магнитного пол выбирают из услови совпадени гироскопической частоты электронов ионизированного газа OJ« с частотой СВЧ-волны: WH 1,76 10 Н Гц

Верхн граница величины электри- ческ ого пол пр мой волны обусловлена конструктивными особенност ми волно- водного .тракта - его электрической прочностью. Нижн граница св зана с возможностью производить .электрическим полем распростран ющейс в волноводном тракте электромагнитной волны ионизацию газа. Процесс ионизации газа в волноводном тракте носит сложный физический характер. Автоиог низаци при СВЧ-частотах и дОстижи- мой мощности в передающих лини х не . имеет места. Основным механизмом ионизации газа при распространении в волноводе электромагнитной волны вл етс ионизаци электронным ударом вследствие автоэлектронной эмиссии с микроострий стенок волновода. Как известно,, автоэлектронна эмисси определ етс величиной электри-- ческого пол и радиусом острий.

На экспериментальной кривой фиг,2 зависимости светимости I ионизированного газа (N) от уровн СВЧ-мощности в волноводном тракте при давлении ,0 ат видно, что при величине электрического пол Е7Ш кВ/см (Р «3,5 МВт/имп) в стандартных дюралюминиевых волноводах вследствие допустимой шероховатости стенок по техническим услови м их изготовлени авто- электронна эмисси уже происходит. Следовательно, нижнюю.границу электрического пол надо прин ть вьпие 10 кВ/см. Кроме процесса автоэлект- ронной эмисссии,вызывающей ионизацию

газа, можно дл ионизации того же газа использовать внешний источник, например, -источник, В этом случае его интенсивность должна выбиратьс из слови концентрации свободньгх электронов в указанных вьме пределах (10 см Н 10 см- Ъ.

Работает устройство следующим образом .10

Волна от СВЧ-генератора 3 распростран етс по нолноводному тракту 1, испытыва малое затухание. При пере™ даче волны по волноводному тракту к ускор ющей ceKtuiH часть энергии отра- з жаетс и распростран етс по СВЧ-трак- ту в противоположную (от рабочей волны ) сторону, т.е. унос некоторую ее часть, предназначенную дл ускорени частиц. Аналогично, СВЧ-волна, гене- 20 рируема пучком электронов в ускор ющей секции, вл етс обратной, т.е. переносима ею энерги распростран етс в направлении, противоположном фазовой скорости. Таким обравом, 5 ;наведенна в секции волна, долю энергии ускоренных частиц, распростра-г н етс в тракте так же, как и волна, отраженна от секции - в противоположную от рабочей волны сторону. Следо- зо вательно, эти йолны привод т к недобору энергии пучком ускоренных час- тиц. При наложении на волноводный СВЧ-траку 1 магнитного пол ионизированный газ становитс анизотропным. Направление магнитного пол совпадает с направлением распространени отра- .женной и наведенной в секции волн. При таком направлении магнитного пол

волны уже могут .и нимать позитивное участие в процессе ускорени .

Перемещением соленоида 2 по прот женному волноводному тракту достигаетс наилучшее совпадение фаз ускор ющей и наведенной волн, приход щих Е ускор ющую секцию. Контроль осуществл лс магнитным анализатором.

При экспериментальных исследовани х максимальный прирост энергии имел .место при созпадении значений гироскопической частоты с рабочей СВЧ-час- тотой в пределах ошибки измерени .

Измерени проводили при длительности импульса тока пучка 5,5 мкс, частоте посылок 25 Гц и амплитуде тока 0,7 А.

При выключенном магнитном поле энергетический спектр пучка составл л

ЙЕ

-- 6,38%; После наложени на волновод ведущего магнитного пол при напр женности , соответствующей резонансному значению дл частоты 1818 МГц, обужение энергетического спектра пучка составило -- 3,92%. СледовательдЬ1

НО, использование энергии обратной волны может вызвать и улучшение характеристик пучка.

Claims

1. Способ передачи СВЧ-энергии по 35 волноводному тракту н нагрузку, заключающийс в возбуждении в волновод- ном тракте, заполненном газом под дав- ленкем вьппе атмосферного, СЕЧ электромагнитной волны, распростран ющейс рабоча волна от СВЧ-генератора 3 про-4о к нагрузке, отличающийс , ко дит область магнитоактивного состо ни ионизированного газа, испытыва малое затухание. В противоположность рабочей волне, отраженна и наведентем , что, с цель повьппени энергии, передаваемой в нагрузку, в волновод- ном тракте создают ионизированньш газ с концентрацией электронов 10 -10 см. i

на волна могут отражатьс от области магнитоактивного состо ни при условии совпадени гироскопической частоты электронов с частотой СВЧ-волны, где гироскопическа частота рассчитываетс по формуле

ij,j 1,76-1 о Н (Тц),

идалее распростран етс по тракту в направлении, совпадающем с направлением вектора распространени рабочей волны. Следовательно, при совпадении фаз отраженной и наведенной волн с рабочей волной от области магнитоактивного состо ни газа эти

ЙЕ

Формула изобретени

1. Способ передачи СВЧ-энергии по волноводному тракту н нагрузку, заключающийс в возбуждении в волновод- ном тракте, заполненном газом под дав- ленкем вьппе атмосферного, СЕЧ электромагнитной волны, распростран ющейс к нагрузке, отличающийс

тем, что, с цель повьппени энергии, передаваемой в нагрузку, в волновод- ном тракте создают ионизированньш газ с концентрацией электронов 10 -10 см.

50

45 на участке волноводного тракта возбуждают продольное магнитное поле, вектор магнитной индукции которого противоположен вектору распространени СВЧ электромагнитной волны, измен ют напр женность магнитного пол до совпадени гироскопической частоты электронов ионизированного газа с рабочим значением члстоты СВЧ-волны , а затем перемещают гра1шцы участка с магнитным полем вдоль тракта до совпадени на нагрузке фаз падающей СВЧ-воЛны и волны, отраженной от области магнитоактивного ионизированного газа.

55

J|

0.5

сриг.1