Нелинейные явления при усилении электромагнитных волн интенсивными электронными потоками в многолучевых микроволновых усилителях (1097764), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Типичные осциллограммы импульсов ускоряющегонапряжения V0 и входной мощности Pвх от магнетронного генератора, атакже выходной СВЧ мощности Pвых приведены на рис. 29.Поперечная структураконическимкоаксиальныма)б)в)электронного пучка, сформированнаядиодомдляразличныхвеличинфокусирующегомагнитного поляrH , равна 2,5; 10 и 15 кГс.Плотностьтокапучкаопределялась по разности токов,которая приходила на цилиндрФарадея, помещенного за диоднойдиафрагмой, имеющей различныерадиусы отверстий. Разброс враспределении плотности токасоставлял 50 % для диаметрапучка r менее 4 мм.
Для пучка срадиусом более 4 мм наблюдаласьмногослойнаяструктураэлектронного потока, котораяимела слабую зависимость отвеличины магнитного поля.Были исследованы такжеотклонения от круглой формыэлектронногопучкаотг)д)фокусирующего магнитного поляРис. 30. Экспериментальные исследованияприразличныханодныхс СВЧ излучением на входе.диафрагмах с диаметрами 6, 8 и10 мм. Они имели тот же характеротклонений. Для магнитного поля с амплитудой 10 кГс электронныйпучокпрактическинеимелизмененийпоформе.Длявысококачественного пучка использовался эмиттансный фильтр в видетрубки диаметром 8 и длиной 120 мм при анодной диафрагме 8 мм.Было получено усиление 26 дБ: без входного сигнала выходнаямощность составляла 26 кВт (шумы), при подаче на вход клистронасигнала с Pвх = 600 Вт, выходная мощность Pвых = 104 кВт.На рис.
30б показаны характерные осциллограммы напряжения итока пучка. Из-за сложности одновременного достижения определенногонапряжения и тока параметры электронного потока несколько отличалисьот расчетных величин. Характерные значения - V0 = 400 кВ, I 0 = 700 А.36На рис. 30в показаны осциллограммы: 1 - ускоряющего напряжения, 2 импульса СВЧ с магнетронного генератора, 3 - выходного импульса СВЧпри Pвх = 0 (4 выстрела). 4 - выходного импульса СВЧ при Pвх = 0 (шум).На рис. 30г приведена зависимость выходной мощности клистрона отвходной. Рис. 30д - спектр выходного излучения клистрона снятыйполосовым волноводным фильтром с полосой пропускания ∆ f = 120 МГц;кривая 1 - без входной мощности, кривая 2 с входной мощностью Pвх = 3кВт.Таким образом, экспериментально показана возможность реализацииусилителя на релятивистском электронном потоке и получено усилениевходного сигнала 26 дБ.Основываясь на данных эксперимента по клистрону КМТ-1, в МГУбыли разработаны конструкции релятивистских клистронов КМТ-2 иКМТ-3 на 10 см и 3 см – диапазоны длин волн соответственно.Релятивистский клистронный усилитель КМТ-3 был рассчитан наэксперименты в 3 см – диапазоне и планировался на испытания налинейном индукционном ускорителе (ЛИУ), разработанном в НИИЯФ приТПИсдиэлектрическимкатодом,дляполучениялучшего качества электронногопотока.
КМТ-3 (рис. 31)конструировался на работу приускоряющем напряжении 400Рис. 31. Релятивистский клистрон КМТ-3.кВ и ток пучка 200 А.Проверено токопрохождение пучка через клистрон без ВЧ сигнала. Былиполучены паразитные колебания на выходе клистрона с амплитудой менее500 Вт. Паразитные колебания возбуждались, если ток пучка был более200 А. На клистроне КМТ-3 была зафиксирована выходная мощность 500кВт.Проведенные исследования показали, что для реализации вклистронном усилителе высоких выходных характеристик необходимоосновное внимание при конструировании уделить вопросам формированиярелятивистского электронного потока и разработке диагностическойаппаратуры для исследования выходного излучения клистрона.Релятивистские многолучевые клистронные усилители. Первыйэксперимент по исследованию возможности формирования и прохождениясильноточного многолучевого электронного потока был проведен в МГУна сильноточном ускорителе «Тандем» в 1982 г.Были исследованы многолучевые пушки различной конфигурации,но основной эксперимент был проведен на электронной пушке,содержащей восемь электродов диаметром 2 мм каждый и центральныйсменный электрод.37На данном устройстве была проверена возможность получениямощного СВЧ излучения в диапазоне длин волн 3 см.Была показана принципиальная возможность использованиямноголучевых электронных пушек для генерации мощного излучения насильноточныхэлектронныхускорителях.
Учитывая современноесостояниеконструированияклистронных усилителей, можноговорить о возможности получениявыходной мощности релятивистскихРис. 32. Релятивистский многолучевоймноголучевыхклистронныхклистронный усилитель.усилителей более 1 ГВт придлительности импульса 1 мкс. Один из возможных вариантов такогоклистронного усилителя приведен на рис. 32.Заключение.Развитатеориявысокоэффективноговзаимодействияэлектромагнитных волн с интенсивными электронными потоками,основанная на учете динамики интенсивности пространственного заряда,которая позволила выявить ряд эффектов, открывающих пути реализацииновых классов мощных многолучевых клистронных усилителей, в томчисле:Расслоения электронного пучка и его влияние на группированиеэлектронного потока, способы его компенсации путем воздействия наэлектронный поток полями резонаторов основной частоты, разнозазорныхрезонаторов и резонаторов высших гармоник.Динамической расфокусировки электронного потока и его влияниена эффективность группирования.
Обосновано использование данногоэффекта для повышения эффективности многорезонаторных клистронов.Принципвысокоэффективногогруппированиявмощныхмноголучевых клистронных усилителях на основе пучков с пониженнымзначением первеанса. Разработаны основные положения такого принципа,позволяющие реализовать приборы в полосе усиливаемых частот более10% и эффективностью более 50%.Программные комплексы Клистрон – МГУ и Арсенал - МГУ,позволяют методами вычислительного эксперимента провести анализнелинейного взаимодействия электромагнитных волн с полямиэлектродинамических структур в мощных клистронных усилителях откатода до коллектора.Предложены на основе развитой теории и результатоввычислительного эксперимента новые модели и принципы построения38многолучевых клистронных усилителей.Компенсациярасслоенияиреализациядинамическойрасфокусировки электронного потока позволяют получить КПД 70% иболее.
Эксперименты, проведенные в отраслевых НИИ, привели ксозданию многолучевых клистронных усилителей с указаннойэффективностью. Экспериментально подтверждено действие резонаторовна второй гармонике основного сигнала в узкополосном режиме наэффективность устройства в целом, а в режиме широкополосного усиленияна форму частотной характеристики.Впервые в мире разработан релятивистский клистронный усилительс термоэмиссионным катодом и периодической фокусировкой напостоянных магнитах. Испытания клистрона, проведенные в ИЯФ СОРАН, позволили получить на частоте 7 ГГц усиление входного сигнала до50 дБ при эффективности более 50 % и выходной мощности около 2 МВт.На многолучевом релятивистском генераторе получена выходнаямощность более 30 МВт в трехсантиметровом диапазоне длин волн сдлительностью импульса более 20 нс и 10 МВт на длине волны 1,5 см.Впервыепоказанавозможностьсозданиярелятивистскихклистронных усилителей, работающих на взрывоэмиссионных катодах.
Нарелятивистском клистроне КМТ-1 получено усиление 26 дБ.Обоснованареализациясверхмощногорелятивистскогомноголучевого клистронного усилителя с выходной мощностью более 1ГВт и длительностью импульса до 1 мкс.Список основных работ,опубликованных по теме диссертации.1.Александров А.Ф., Афонин А.М., Галузо С.Ю., Канавец В.И., Кубарев В.А.,Лопухин В.М., Плетюшкин В.А., Сандалов А.Н., Слепков А.И.
Релятивистские черенковские генераторы с резонансными замедляющимиструктурами. В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника, г.Горький, ИПФ АН СССР, 1981, с 145-169.2.Алимов А.С., Артюх И.Г., Ишханов Б.С., Зверев Б.В., Сандалов А.Н.,Ушканов В.А., Шведунов В.И.
- Разрезной микротрон непрерывногодействия НИИЯФ МГУ (состояние работ). Препринт НИИЯФ МГУ – 88 –012/33, 1988, 64с.3.Арапов Л.Н., Балакин В.Е., Сандалов А.Н. и др. - Разработкавысокочастотного источника для ВЛЭПП. 12 семинар по линейнымускорителям заряженных частиц. Харьков, 28-31 мая 1991 г.
с. 15-20.4.Артюх И.Г., Абанович С.А., Родякин В.Е., Руденко Б.В., Сандалов А.Н. Рекуперация энергии отработанных электронных потоков в коллекторныхсистемах клистронов. В кн.: Физика и применение микроволн, Изд. МГУ,1991, ч. 2, с. 52-55.5.Артюх И.Г., Абанович С.А., Никитин А.П., Сандалов А.Н. - Мощный39усилительный клистрон непрерывного действия.применение микроволн. Изд. МГУ, 1991, ч. 1, с.
58-62.Вкн.:Физикаи6.Артюх И.Г., Вдовин В.А., Канавец В.И., Сандалов А.Н., Теребилов А.В. Исследование широкополосных многорезонаторных клистронов. Электр.техника, сер. I, Электр.СВЧ, 1979, в. 2, с. 3-12.7.Артюх И.Г., Сандалов А.Н., Сулакшин А.С., Фоменко Г.П., Штейн Ю.Г. Релятивистские СВЧ устройства сверхбольшой мощности. Обзоры поэлектронной технике. Сер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
