Колосов с. В., Кураев А. А., Лавренов А. А.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск, 220027, Беларусь Тел. (375-17) 239-89-95, e-mail: kolosov@bsuir.unibel.by
Аннотация – В докладе приводятся результаты исследования микроволнового генератора с прямолинейным на входе электронным пучком и гофрированным резонатором. Такой гиротон может обеспечить преобразования энергии электронного потока в энергию электромагнитной волны с КПД 81 %.
I. Введение
Основы нелинейного излучения и преобразования дрейфовой энергии релятивистского электронного потока в мощную вращающуюся электромагнитную волну приведены в [1]. Использование вращающихся волн привело к созданию сначала гироконов, а затем магниконов [2]. Принцип работы гиротона бегущей волны изложен в [3, 4]. В таких приборах отсутствует пространственная группировка электронного потока. В прибор входит прямолинейный электронный поток, который во вращающейся волне получает круговую развертку и фазы электронных траекторий конгруэнтны.
В работе [4] был исследован только режим бегущих волн в двух волновом приближении. В данной работе мы привели результаты более детального исследования гиротона на гофтированном резонаторе [7].
Уравнения описывающие процессы взаимодействия электронного потока с электромагнитными волнами в нерегулярном волноводе приведены в [5]. Для решения возникающей при этом краевой задачи был использован метод блочной матричной прогонки.
II. Результаты вычислений
Схема устройства горотона приведена на рис.1. В отличии от гиротона из [4], где распространялись две волны TMii и TEii, в данном случае на выходе прибора растпостраняется только одна волна ТЕц, все остальные волны являются закритическими. Амплитуда гофра резонатора была выбрана так, что внутри полостей гофра резонировала волна ТМц, которая и определяла эффективность работы прибора.
Рис. 1.1- профиль резонатора, 2 – электронный поток.
Fig. 1.1- Resonator profile, 2- electron flow
Параметры электронного потока и геометрические размеры резонаторы были следующими: ускоряющее напряжение – Vo=445Kb, ток – 1о=7А, длина – Ι=ί2π/λο=25, внутренний радиус
гофрированного волновода 9ι=Γι·2π/λο=2.92, амплитуда гофра – 92=Γ2·2π/λο=2.047, радиус
выходного волновода – дз=1.91, число ребер гофра – п=14, значение магнитостатического поля
Распределения амплитуд электромагнитных полей вдоль оси резонатора приведены на рис.2.
Fig. 2. 1 – wave amplitudes, 2 – efficiency, 3 – resonator profile g = r/ Aq
КПД такого гиротона достигает 81 %. На рисунке можно выделить 5 групп сдвоенных резонансов, в которых наибольшую амплитуду имеет волна ТМц. Бегущая вправо составляющая этой стоячей волны играет основную роль в достижении такого высокого КПД гиротона на гофрированном резонаторе.
Электродинамическая добротность такого гофрированного резонатора достигает значения 5250, что позволяет уменьшить рабочий ток до 7 ампер. В тоже время диаметр электронного потока на входе может достигать D<1. Более широкий поток уже будет приводить к токооседанию на выходном сужении резонатора. Было проведено изучение частотных характеристик этого гофрированного резонатора в более широкой полосе частот до 10%. Частотная характеристика такого резонатора для суммы квадратов амплитуд волн с постоянным хначением входной волны ТЕц показана на рис.З.
Рис. 3.
Fig. 3.
Как следует из рис. 3, все резонансы имеют существенно меньшую добротность по сравнению с основным резонансом и поэтому их влияние на электронный поток никак не сказывается на процессы, происходящие на основном резонансе.
Рис. 2. 1 – амплитуды волн, 2 – КПД, 3 – профиль резонатора g = г/Aq.
Влияние полей пространственного заряда в гиротонах незначительно, т. к. в таких приборах не происходит пространственная группировка электронного потока [6]. В расчетах учитывалось влияние 32 волн с азимутальным индексом 1.
III. Заключение
Гиротон на гофрированном резонаторе может обеспечивать электронный КПД до 81 %. Применение гофрированного резонатора позволяет существенно уменьшить рабочий ток электронного потока и в выходном волноводе распространяется только одна волна – ТЕц.
IV. Список литературы
[1] Колосов С. В., Кураев А. А. Нелинейное излучение и преобразование дрейфовой энергии релятивистского электронного потока в мощных вращающихся электромагнитных полях // Радиотехника и электроника, М. 1973, т.18, № 12, с.2558-2566.
[2] КагНпег М. М. et al., The magnicon – an advanced version of the gyrocon if Nucl. Physics and Methods in Physics Res. Sec. A, 1988, v.269, issue 3, p.459-473.
[3] Kurayev A. A., Sinitsyn A. K, Slepyan A. Ya., Gyroton // Int.
J. Electronics, 1996, v.80. No.4, p.603-610.
[4] Kolosov S. V., Kurayev A. A., Lavrenov A. A., Traveling wave gyroton with double mode operations if IVEC-2002, p.115-116.
[5] Колосов С. В., Кураев А. А. Нелинейная теория гиротронов с нерегулярными электродинамическими системами // Электромагнитные волны и электродинамические системы, М., 1998, т.З, № 1, с.35-44.
[6] Kolosov S. V., Kurayev А. А., Lavrenov А. А. Influence of the space charge fields in traveling wave gyrotons// CriMiCo- 2004, p.608-609.
21 Kolosov S. V., Kurayev A. A, Lavrenov A. A. Gyroton on goffered cavity// IVEC-2005, Netherland, Noordwijk, 19April, p.269-270.
MICROWAVE SOURCE WITH CORRUGATED CAVITY
Kolosov S. V., Kurayev A. A., Lavrenov A. A.
Byelarusian State University of Informatics and Radioeiectronics P. Brovka str, 6, Minsk, 220027, Byeiarus Ph.: +375-17 239-84-98 e-mail: Kolosov@bsuirunibel.by
Abstract – The results of investigation of microwave generator with the corrugated cavity are presented. Gyroton on the corrugated resonator makes it possible to achieve 81 % efficiency.
Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г.