СТАРТОВЫЕ ТОКИ В КОАКСИАЛЬНОЙ ГИРО-ЛОВ

June 23, 2012 by admin Комментировать »

Бородкин А. В., Онищенко И. Н., Сотников Г. В., Хорунжий В. М. ННЦ «Харьковский физико-технический институт» Академическая, 1, Харьков 61108, Украина


Аннотация Проведено теоретическое исследование коаксиальной лампы на обратной волне, использующей резонанс электронного пучка с обратной волной на нормальном эффекте Доплера (гиро-ЛОВ). Построена линейная теория возбуждения. Найдена зависимость величин стартовых токов генерации от длины коаксиального волновода и энергии пучка электронов.

I.  Введение

Гиро-ЛОВ является ВЧ-генератором, в котором используется взаимодействие электронного пучка с обратной волной, возбуждаемой на нормальном эффекте Доплера. Первые исследования возможности генерации ВЧ-колебаний в гиро-устройствах были представлены в [1]. Весьма активно в настоящее время проводятся экспериментальные исследования гиро-ЛОВ [2-5]. Современное состояние приведено в обзорах [7-8]. Гиро-генераторы позволяют получить большие значения мощности генерируемого излучения до ~1 ГВт (10 ГГц) в импульсном [4] и 340 кВт (28 ГГц) в непрерывном [6, 7] режимах. Полученное ВЧ излучение может быть использовано, например, для ЭЦР (электронного циклотронного резонанса) нагрева плазмы для управляемого синтеза, связи с дальним космосом, спектроскопических исследований, радаров высокого разрешения и др.

Теоретические исследования для гиро-ЛОВ в линейном [8-10] и нелинейном [11] приближениях проведены для круглого и прямоугольного волноводов.

В этой работе рассматривается гиро-ЛОВ генератор, использующий коаксиальный волновод. Выбор коаксиального волновода связан с тем, что предельный ток и кпд в коаксиальном волноводе выше по сравнению с другими исследованными типами волноводов [12].

В представленном здесь докладе приведены результаты линейного приближения. Найдены стартовые токи и частоты генерации в зависимости от длины коаксиального волновода и энергии пучка электронов.

Электронный пучок и волновод независимо поддерживают колебания которые могут быть описаны дисперсионными соотношениями соответственно

Рис. 2. Зависимость стартового тока ist (сплошная линия) и частоты ш (прерывистая линия) от релятивистского фактора у при длине коаксиального волновода гиро-ЛОВ равной L=100cm

Fig. 2. Starting current 1st (solid line) and frequency ш (dash line) against reiativistic factor у at coaxial waveguide length L=100 cm

Зависимости стартового тока /st и частоты ш от релятивистского фактора у при длине коаксиального волновода гиро-ЛОВ равной /_=100см представлены на рис. 2. При увеличении релятивистского фактора у =(1.1*2) происходит увеличение в конечном итоге стартового тока ist =(11-И5)А и уменьшение частоты генерации о)=(186-*-84)х109 рад/сек при изменении расстройки в пределах \/=(-0.0025-;–0.008).

Приведенные зависимости для стартового тока 1st, частоты генерации ш и расстройки v показывают их существенную зависимость от длины системы L и энергии пучка электронов £ Полученные результаты исследований в линейном приближении дают возможность сформулировать конкретные требования к току пучка электронов, коаксиальному волноводу и постоянному магнитному полю Но для реализации генерации в гиро-ЛОВ на заданной частоте ш.

I.    Список литературы

1.     Гапонов А. В., Петелин М. И., Юлпатов В. К.

Изв. вузов. РФ, 10, №№ 9,10, 1967, стр. 1414-1453.

2.     М. A. hasten, W. С. Guss, К. Е. Kreischer, М. Caplan.

Int. J. Infrared and Millimeter Waves, 16 , pp. 880-805 (1995).

3.     C. S. Kou, S. H. Chen, L. R. Barnett, K. R. Chu.

Phys. Rev. Lett., 70, N 7, pp. 924-927 (1993).

4.     V. L. Bratman, A. E. Fedotov, A. V. Savilov. A new type of gyro-BWO (gyro-BWT-TWT). — Conf. Digest 24th Int.

Conf. On Infrared and Millimeter Waves, 1999, Monterey, California, USA, TH-E6.

5.     K. Kamada, K. Nawashiro, C.-Y. Lee, H. Yoshida, S. Kawasaki, R. Ando, M. Masuzaki. Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 21 , pp. 1441-1449 (2000).

6.     M. Thumm. State-of-the-Art of High Power Gyro-Devices and Free Electron Masers. Update 2000. FZKA 6588, Forschungszentrum Karlsruhe, 2001.

7.     K.L. Felch, B. G. Danly, H. R. Jory, К. E. Kreischer,

W. Lawson, B. Levush, R. J. Temkin. Proc. ofthe IEEE, 1999, 87, pp. 752-781.

8.     S. Y. Park, V. L. Granatstein, R. K. Parker. Int. J. Electronics, 1984, 57, N 6, pp. 1109-1123 (1984).

9.     J. M. Wachtel, E. J. Wachtel. Appl. Phys. Lett. 37(12), pp. 1059-1061 (1980).

10.   C. S. Kou. Phys. Plasmas, 1, N 9, pp. 3093-3099 (1994)

11.   A. К Ganguly and S. Ahn. Intl. J. of Electronics. 67, N 2, pp. 261-276 (1989).

12.   V. E. Zapevalov, V. I. Khizhnyak, M. A. Moiseev,

A. V. Pavelyev, N. I. Zavolsky. Advantages of coaxial cavity gyrotrons. — V International Workshop “Strong Microwaves in Plasmas” (Abstracts). Nizhny Novgorod, Russia, August 1-9, 2002, S1.

STARTING CURRENTS IN COAXIAL GYRO-BWO

A. Borodkin, V. Khoruzhiy, I. Onishchenko, G. Sotnikov National Science Center "Kharkov Institute of Physics and Technology"

Academicheskaya str.,1, Kharkov 61108, Ukraine

Abstract -We conducted theoretical investigation of coaxial BWO, operating at resonance of relativistic electron beam (REB) with back wave on the normal Doppler effect (gyroBWO). Linear theory of exciting process is presented. The dependence of starting current values upon the coaxial waveguide length and the electron beam energyis investigated.

Построена линейная теория возбуждения. Найдена зависимость величин стартовых токов генерации от длины коаксиального волновода и энергии пучка электронов.

I.  Introduction

The gyro-BWO is a HF oscillator in which a REB coupling with a backward wave on normal Doppler effect is used. The first research of gyro-devices was proposed in IAP (Nizhy Novgorod, Russia). Gyro-BWO allows to generate HF radiation power (up to ~1 GW at 10 GHz in short pulse and 340kW at 28 GHz in CW regime . Possible applications ofthe HF radiation of obtained levels are the followings: electronic cyclotron resonance heating of plasma for controlled fusion, communication, spectroscopic researches, high-resolution radars etc.

II.  Main part

Analytical investigations for gyro-BWO in linear and nonlinear approximations have been carried out only for circular and rectangular waveguides. In this paper the case of coaxial waveguide is investigated for gyro-BWO elaboration. The choice of it is conditioned by more value of vacuum limiting current of REB for the coaxial waveguide comparatively to the other types of waveguide. Besides, in some recently appeared numerical and experimental researches of coaxial gyrotrons it was shown that coaxial device possesses the additional capability of increasing its efficiency by applying independently an appropriate constant voltage to outer and inner cylinders. Inner radius of the coaxial waveguide was taken 6=0.9cm, outer radius a = 3cm, the inner radius ofthe annular electron beam is Rbi =1 ,6cm , its outer radius is Rbe =2.3cm. Length ofthe coaxial waveguide was L=100cm

The results of coaxial gyro-BWO investigation in linear approximation are presented. Starting currents and eigen frequencies of HF-generation in dependence on the coaxial waveguide length and the electron beam energy are obtained.

III.  Conclusion

Obtained expressions for the starting current /й, eigen frequency ш and detuning v demonstrate their essential dependence to the system length L and electron beam energy S. The obtained results of the researches in a linear approximation enable to formulate the concrete requirements to the electron beam current, length of the coaxial waveguide and constant magnetic field for operation of powerful gyro-BWO at given frequency u>.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты