ТРАНСПОРТИРОВКА СИЛЬНОТОЧНЫХ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В КОАКСИАЛЬНОМ МАГНИТНОМ ОНДУЛЯТОРЕ

July 17, 2012 by admin Комментировать »

Балакирев В. А., Ткач Ю. В., Яценко Т. Ю. ИЭМИ, пр. Правды, 5, Харьков-22, 61022, а/я 4580, Украина тел./факс: 057-2-435952, e-mail: tatyana@iemr.vl.net.ua

Аннотация Исследована сильная фокусировка сильноточного релятивистского электронного пучка (СРЭП) пространственно периодическим магнитным полем коаксиального магнитного ондулятора (КМО), выполненного на постоянных кольцевых магнитах с продольной намагниченностью. Сформулированы условия оптимальной фокусировки.

I.  Введение

(1)

Из всего многообразия микроволновых усилителей и генераторов на базе сильноточных релятивистских электронных пучков (СРЭП) (карсинотроны, магнетроны, виркаторы, MILO и ряд других) выгодно выделяются убитроны. Они отличаются конструктивной простотой и обладают при этом высокой эффективностью. В них используются гладкостенные электродинамические системы, что обеспечивает высокую электрическую прочность. Весьма перспективными являются коаксиальные убитроны, в которых генерация (усиление) микроволн осуществляется в отрезке коаксиальной линии передачи [1-3]. В коаксиальной линии предельный вакуумный ток СРЭП существенно повышается [4], по сравнению с цилиндрическим волноводом, используемым в традиционных убитронах. Это позволяет при тех же габаритах камеры дрейфа существенно увеличить транспортируемый ток и, следовательно, выходную микроволновую мощность убитрона. И, наоборот, при заданном токе СРЭП существенно уменьшаются габариты системы, и, соответственно, и ее вес.

Периодическое магнитное поле магнитных ондуляторов выполняет две функции. С одной стороны периодическое магнитного поле служит для фокусировки СРЭП, обладающего мощными собственными электромагнитными полями, а с другой — для возбуждения интенсивных микроволн.

В настоящем работе изложены результаты теоретических исследований транспортировки СРЭП в коаксиальных магнитных ондуляторах на постоянных магнитах.

II.       Пространственная структура периодического магнитного поля коаксиального ондулятора

Коаксиальный магнитный ондулятор (КМО) представляет собой систему из двух последовательностей периодически расположенных кольцевых постоянных магнитов с продольной намагниченностью (рис. 1).

п(г) = ■

Первая периодическая магнитная система расположена внутри центрального проводника (металлической трубы) коаксиальной камеры дрейфа (ККД). Вторая периодическая магнитная система охватывает внешнюю металлическую трубу ККД. Между постоянными магнитами находятся кольцевые полюсные наконечники, выполненные из магнитомягкого материала, например, железа. В периодической магнитной системе намагниченность кольцевых магнитов периодически меняет направление. Внутренняя и внешняя магнитные системы ориентированы так, что друг против друга размещены постоянные магниты с противоположно направленной намагниченностью. Будем считать, что толщина кольцевых

магнитов Lm равна Lm=Lwl 4, где Lw период

магнитной системы КМО. Кроме этого напряженности магнитного поля кольцевых магнитов на внешней поверхности (г = а внутренняя магнитная система) и на внутренней поверхности (г =Ь внешняя магнитная система) совпадают и равны Н0. В этом

случае компоненты магнитного поля КМО описываются следующими выражениями

sin(nqw^) -bn cos(nqw%’)\F^

n=1

cos(nqw^) + bn sin(nqw^)]F^

cos(ttw)-1                      2 (nn\

где an =————————- , bn=—sin — , £ = z/a,

7ГП                      71П V 2 j

k,=l7TlL,’ p = r I a , F^} (nqwp) = fnI0 (nqwp) ,

-g„Ko №wp),                            Flr> (m„p) = /„A (mwp) +

7                                                       Ir,inCl„,S) +h{nCl„,S)

+gK10nqwp), qw = ka , g_ = _2_i_i2L_————— ,

A,

s = b I a , Дn=I0(nqw)K0(nqws)-I0(nqws)K0(nqw) .

Анализ выражений (1) показывает, что продольная компонента магнитного поля при изменении радиуса b > г > а меняет знак и обращается в ноль в точке, примерно, посередине ККД г = (а+Ь)/2. Радиальная компонента Нг имеет в этой точке экстремум (максимум или минимум в зависимости от значения продольной координаты).

III.   Фокусировка СРЭП коаксиальным магнитным ондулятором

Рассмотрим процесс транспортировки СРЭП в КМО на постоянных магнитах. Система уравнений, описывающая фокусировку частиц СРЭП в периодическом магнитном поле ондулятора, содержит уравнения движения в магнитном поле (1) и в собственном электромагнитном поле СРЭП. В приближении кусочно-однородного профиля плотности СРЭП

b > r2> г > rt> а, г > к, г, > г,

О,

где г12 внутренний и внешний радиусы СРЭП, выражение для силы Лоренца, действующей со стороны собственного электромагнитного поля, имеет вид

A ~Pl 2 2 A “A J

00+ A-A

Q(p) = — p

1            1П77

гДе Уо =————— ;——- lnA, p = r I a , n = rji\,

2                                           77′ -1

где h

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