Магнетронный генератор — SU 785905 (original) (raw)
ОГ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11785905(51) М, К Н 01 1 25/50 Государственный комитет ло делам нзооретеннй н открытий(72) Авторы изобретения А. С. Сулакшин, Г. П. Фоменко, Ю. Г, Штейн и В. И. Цветков Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова(54) МАГНЕТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 1 О 15 Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для генерации сверхмощных СВЧ-импульсов наносекунд- ной длительности сильноточным релятивистским электронным пучком как в однократном, так и в многоимпульсном режимах.Известны магнетронные генераторы 11 на основе использования сильноточных релятивистских электронных пучков. Подобные генераторы содержат многорезонаторный анодный блок, взрыво-эмиссионный холодный катод, в качестве источника аноднога напряжения - двойную формирующую линию типа Блюмляйна, являющуюся промежуточным накопителем энергии сильноточного электронного ускорителя. Использование сильноточных электронных пучков в приборах магнетронного типа позволяет резко увели)ить мощность генерируемых СВЧ-колебаний. В 10-см диапазоне длин волн получен уровень порядка 2 Х 109 Вт, а в 3-см диапазоне 500 МВт. Максимальный КПД преобразования мощности электронного пучка в мощность СВЧ- излучения составил (- 35 + 40)% для экспериментов в 10-см диапазоне длин волн и 20% в 3-см диапазоне.По своей конструкции все упомянутые генераторы однотипны, и поэтому мы ограничимся только описанием прототипа 21.В качестве прототипа выбираем магнетронный генератор 12 на основе сильно- точного релятивистского пуска.Такой магнетронный генератор содержит цилиндрический холодный катод и коаксиальную с ним многорезонаторную анодную структуру, расположенную снаружи катода, источник напряжения и магнитную систему. Источником напряжения служит сдвойная формирующая линия типа Блюмляйна, являющаяся промежуточным накопителем энергии сильноточного ускорителя электронов.Однако, возможности сильноточного электронного ускорителя в подобных магнетронных генераторах используются далеко не полностью. Это объясняется тем, что сравнительно низкоомные двойные формирующие линии электронных сильноточных ускорителей нагружения значительно более высокоомные магнетронные диоды, работающие1 о эо зо 4 о 45 юо 3в режиме магнитной изоляции. Так, например, эксперименты, были проведены с использованием 4-омной двойной формирующей линии ускорителя Хегецз, а сопротивление диода в максимуме генерируемоймощности составляет 25 Ом, Т. О. КПДлинии составляет - 16%.В то же время очевидно, что оптимальным условием работы линии является еесогласование с нагрузкой, что позволяетполностью использовать энергию запасаемую в ней.Этот же недостаток свойственен и другиммагнетронным генераторам с использованием СЭУ, Так, например, КПД линии ускорителя Тонус составляет -10%. Согласование же формирующей линии с нагрузкойуменьшением сопротивления диода (например, уменьшение зазора анод-катод) связаносо значительными трудностями юстировкидиода и выполнения условия магнитнойизоляции,Целью изобретения является увеличениеполного КПД магнетронного генератора.В соответствии с изобретением поставлеинная цель достигается тем, что катодвыполнен в виде полого цилиндра, внутрикоторого и коаксиально с ним расположенамногорезонаторная анодная структура, причем расстояние катод-анод одинаково дляобеих структур.Устройство схематично изображено начертеже. Магнетронный генератор состоитиз внешней многорезонаторной аноднойструктуры 1, катода 2 и внутреннеймногорезонаторной анодной структуры 3.Устройство вывода энергии и магнитнаясистема на чертеже не показаны.Анодыи 3, электрически соединенныемежду собой и катод 2 подключены к электродам сильноточного электронного ускорителя (аноды - к внешнему 4, катодк внутреннему 5, 6 - средний электродлинии). Магнитное поле направлено вдольоси прибора. Импульс напряжения, приложенный между катодом 2 и анодами 1 и 3,создает в обоих катод-анод промежуткахэлектрическое поле, перпендикулярное кнаправлению магнитного поля и оси прибора,В обоих катод-анодных промежутках происходят все процессы, свойственные обычному многорезисторному магнетрону: возбуждение колебаний, группирование электронови усиление СВЧ-поля, Вывод мощности может осуществляться, например, от одногоиз резонаторов с помощью волновода. Крометого, возможна работа обоих многорезонаторных структур в связи с внешним дополнительными резонаторами, т. е. что внешниймагнетрон образует коаксиальный, а внут 4обращенно-коаксиальный магФормула изобретения Магнетронный генератор, содержащий цилиндрический холодный катод и коаксиальную с ним многорезонаторную анодную структуру, расположенную снаружи катода, источник напряжения и магнитную систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения полного КПД генераторакатод выполнен в аиде полого цилиндра, внутри которого и коаксиально с ним расположена многорезонаторная анодная структура, причем расстояние анод-катод одинаковое для обеих структур.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Диденко А. Н. и др. Письма в ЖТФ, 4, в 1, 1978, с. 10.2. Рйуз., Кеч Яе 11, 37,6, 1976, р, 319 (прототип). реннийнетрон.В предлагаемом устройстве собственно генерирующая часть магнетронного генератора выполнена таким образом, что промежуточный накопитель сильноточного электронного ускорителя оказывается нагруженным на два параллельно включенных диода, что позволяет (при выполнении условия К ) К, где К - суммарное статическое сопротивление диодов К - волновое сопротивление линии) снять с него энергию в 2 раза большую, нежели в устройстве- прототипе. Т. о., КПД линии, а следовательно и общий КПД магнетронного генератора, определяемый как произведение КПД линии и КПД собственно магнетронов, увеличивается в 2 раза. Кроме того, такое конструктивное выполнение не увеличивает габаритов генератора и может позволить при работе обоих магнетронов на одну нагрузку, увеличить выходную мощность магнетронного генератора.С тем, чтобы кривизна анодов и катода мало влияла на магнитную изоляцию и оба диода находились в равных условиях необходим, чтобы выполнялись неравенства.(-чк1. чк-уо1чч,Предлагаемый магнетронный генератор может быть использован для генерации наносекундных импульсов СВЧ сверхвысокой мощности, как в однократном, так и в много- импульсном режимах. Подобные импульсы могут найти применение в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, в радиостанциях в сильнопоглощающих средах и на всерхдальние расстояния и т. д.Составитель В. Егоров Редактор В. Большакова Техред А. Бойкас Корректор Н. Стен Заказ 8852/54 Тираж 844 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4