Генератор на циклотронном резонансе

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕНЕРАТОР НА ЦИКЛОТРОННОМ РЕЗОНАНСЕ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Кураев Александр Александрович Рудницкий Антон Сергеевич Синицын Анатолий Константинович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) КУРАЕВ А.А. Доклады Академии наук БССР. - 1990. - Т. 34,7. - С. 610-611.2068596 С 1, 1996.2119691 1, 1998.10326573 , 1998.(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(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 11964 1 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 осигенератора 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, В 0 обозначает вектор индукции продольного однородного магнитного поля,создаваемого внешним коробчатым электромагнитом (не указан на чертеже),0 - нормальное к В 0 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 11964 1 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 Вследствие этого доплеровские частоты бегущих в противоположные стороны волн равны 1,и отличаются на величину Этим обеспечиваются условия селективного циклотронного резонанса электронов либо с волной, бегущей вправо ( ), либо с волной, бегущей влево ( -) 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- продольная по отношению к 0 скорость электронов 0 - полная скорость электронов с - скорость света в пустоте е, 0 - соответственно заряд и масса покоя электрона 2,- частота генерации 0 - продольная длина зеркал резонатора 1 - 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 1. Электровакуумные источники миллиметровых волн на гармониках циклотронной частоты Обзоры по электронной технике. Сер. . 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.