close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11964

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11964
(13) C1
(19)
H 01S 1/00
H 01J 25/00
ГЕНЕРАТОР НА ЦИКЛОТРОННОМ РЕЗОНАНСЕ
(21) Номер заявки: a 20070872
(22) 2007.07.11
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Кураев Александр Александрович; Рудницкий Антон Сергеевич;
Синицын Анатолий Константинович (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
(56) КУРАЕВ А.А. Доклады Академии наук
БССР. - 1990. - Т. 34, № 7. - С. 610-611.
RU 2068596 С1, 1996.
RU 2119691 C1, 1998.
JP 10326573 A, 1998.
BY 11964 C1 2009.06.30
(57)
Генератор на циклотронном резонансе, содержащий электронно-оптическую систему
для формирования спирализованных электронных пучков, электродинамическую систему,
выполненную в виде кольцевого резонатора из четырех параллельных оси генератора
плоских зеркал, а также коллектор электронов и вывод излучения, отличающийся тем,
что содержит параллельный оси генератора плоский ускоряющий электрод, изолированный от резонатора и коллектора.
Фиг. 1
Изобретение относится к радиотехнике и электронике сверхвысоких и крайне высоких
частот (СВЧ и КВЧ) и может быть использовано в радиолокационной технике, системах
радиосвязи и в устройствах СВЧ-нагрева.
Известен [1, 2] генератор на циклотронном резонансе, содержащий электронно-оптическую систему для формирования спирализованных электронных пучков, электродинамическую систему, выполненную в виде круглого резонатора с рабочим типом волны Hni
(циркулярная поляризация) или в виде двухзеркального резонатора со стоячим полем, а
также коллектор электронов и вывод излучения. В генераторе такой конструкции не обеспечивается эффективное взаимодействие широкого электронного пучка с электромагнит-
BY 11964 C1 2009.06.30
ным полем из-за неоднородности последнего в поперечном сечении пучка, и вследствие
этого не реализуется полностью возможность увеличения мощности генератора на циклотронном резонансе за счет увеличения ширины электронного пучка.
Известен [3] генератор на циклотронном резонансе, содержащий электронно-оптическую систему для формирования спирализованных электронных пучков, электродинамическую систему, выполненную в виде кольцевого резонатора из четырех параллельных
оси генератора плоских зеркал, а также коллектор электронов и вывод излучения.
В генераторе такой конструкции [3] отсутствуют условия для селекции встречных бегущих волн, что может привести к их одновременному возбуждению и установлению режима стоячего поля в резонаторе. Вследствие этого нарушаются условия увеличения
мощности генератора на циклотронном резонансе за счет эффективного взаимодействия
широких электронных пучков с полем бегущей волны. Кроме того, в генераторе такой
конструкции отсутствует возможность повышения КПД за счет рекуперации энергии
электронов.
Задача изобретения - осуществление селекции встречных бегущих волн в резонаторе
генератора на циклотронном резонансе и обеспечение тем самым необходимого для повышения мощности генерации за счет эффективного взаимодействия широких электронных пучков с электромагнитным полем режима бегущей волны, а также повышение КПД
генератора на циклотронном резонансе за счет рекуперации энергии электронов.
Поставленная задача достигается тем, что в генераторе на циклотронном резонансе,
содержащем электронно-оптическую систему для формирования спирализованных электронных пучков, электродинамическую систему, выполненную в виде кольцевого резонатора из четырех параллельных оси генератора плоских зеркал, а также коллектор
электронов и вывод излучения, имеется параллельный оси генератора плоский ускоряющий электрод, изолированный от резонатора и коллектора.
За счет создаваемого ускоряющим электродом постоянного электрического поля возникает поперечный дрейф электронов. Вследствие этого частоты встречных бегущих волн
отличаются и обеспечивается необходимый для повышения мощности генерации за счет
эффективного взаимодействия широких электронных пучков с электромагнитным полем
режим бегущей волны в резонаторе. Кроме того, понижение потенциала коллектора относительно ускоряющего электрода приводит к рекуперации остаточной энергии электронов, что обеспечивает повышение КПД генератора.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, на которых изображены схематически поперечное и продольное сечения заявляемого генератора соответственно. Четыре
плоских зеркала 1 образуют кольцевой резонатор, между ними сформированы и распространяются параллельно оси z генератора широкие (по сравнению с длиной волны) спирализованные электронные потоки 2, в которых каждый из электронов движется по
спиральной траектории. Ускоряющий электрод 3 также расположен вдоль оси генератора.
На них также изображены не отражающие электромагнитные волны (поглощающие или
шероховатые - рассеивающие) металлические экраны 4, два плоских катода 5, коллектор
электронов 6, В0 обозначает вектор индукции продольного однородного магнитного поля,
создаваемого внешним коробчатым электромагнитом (не указан на чертеже), a E0 - нормальное к В0 электрическое поле, создаваемое ускоряющим электродом 3 в области взаимодействия.
Генератор работает следующим образом. В основе механизма генерации лежит явление циклотронного резонанса. Действие поля Т-волны кольцевого резонатора на электроны приводит к их релятивистской фазовой группировке, за счет чего обеспечивается
отдача их энергии полю резонатора на одной из гармоник циклотронной частоты. Введение в конструкцию генератора ускоряющего электрода 3 приводит к двум новым полезным эффектам.
2
BY 11964 C1 2009.06.30
За счет создаваемого ускоряющим электродом 3 постоянного электрического поля
происходит поперечный дрейф электронов (направление его указано на фиг. 1 стрелками)
со скоростью
ν A&& =
E0
.
B0
Вследствие этого доплеровские частоты бегущих в противоположные стороны волн
равны
 ν && 
ω+ = ω1 − A ,
c 

 ν && 
ω− = ω1 + A 
c 

и отличаются на величину
ν &&
∆ω
=2 A .
c
ω
Этим обеспечиваются условия селективного циклотронного резонанса электронов либо
с волной, бегущей вправо (ω +), либо с волной, бегущей влево (ω -) при обычных углах
пролета электронов. В результате в предлагаемом генераторе обеспечивается режим бегущей волны, в отличие от прототипа, где наложение двух волн в условиях циклотронного
резонанса может привести к стоячему полю и потере однородности поля в сечении пучка,
а следовательно, и эффективности взаимодействия электронов с полем.
Электроны обоих электронных пучков 2 не попадают на ускоряющий их электрод 3, а
осаживаются на коллекторе 6, имеющем существенно меньший потенциал. Поэтому КПД
предлагаемого генератора становится выше КПД прототипа за счет рекуперации остаточной энергии электронов.
При значениях параметров предлагаемого генератора:
ν
ν⊥
= 2,037; β0 = 0 = 0, 5; A0 = E0e/m0ωc = 0,05;
с
ν□
ω
eB0
F=
= 1; L = z 0 = 18,58; A1 = E1e/m0ωc = 0,014,
c
m0ω
U0 = 79; q =
где U0 - ускоряющее напряжение;
r
ν⊥ - поперечная к B0 скорость электронов;
r
ν□ - продольная по отношению к B0 скорость электронов;
ν0 - полная скорость электронов;
с - скорость света в пустоте;
е, m0 - соответственно заряд и масса покоя электрона;
ω = 2πf, f - частота генерации;
z0 - продольная длина зеркал резонатора;
E1 - амплитуда напряженности электрического поля Т-волны в резонаторе,
КПД прибора без рекуперации равен 35 %, КПД с рекуперацией составляет 51 %.
Таким образом, в заявляемом устройстве достигается селекция встречных бегущих
волн в зеркальном резонаторе генератора на циклотронном резонансе и обеспечивается
тем самым необходимый для повышения мощности генерации за счет эффективного
взаимодействия широких электронных пучков с электромагнитным полем режим бегущей
волны, а также повышается КПД генератора за счет рекуперации энергии электронов.
3
BY 11964 C1 2009.06.30
Источники информации:
1. Электровакуумные источники миллиметровых волн на гармониках циклотронной
частоты: Обзоры по электронной технике. Сер. I. Электроника СВЧ. - Москва: ЦНИИ
Электроника, 1988.
2. Гольденберг А.А., Нусинович Г.С. Мощные коротковолновые гиротроны. В сб.
"Итоги науки и техники". Сер. Электроника. - М., 1985. - Т. 17. - С. 3-81.
3. Кураев А.А. Гирорезонансные приборы с четырехзеркальными резонаторами бегущей волны // Доклады АН БССР. - 1990. - Т. 34, № 7. - С. 610-612.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
218 Кб
Теги
by11964, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа