Релятивистский магнетрон

Соки Советских Социалистических Ресоублик(45) Дата опубликования описания 23.01.82 СССР делам изобретеии и открытий(72) Авторы изобретения Ю. Г. Юшко улакш Заявитель Научно-исследовательский институт ядерной физики, . электроники и автоматики при Томском политехническом институте им, С. М. Кирова Р 1(54) РЕЛЯТИВИСТСКИ ГНЕТР дич над и,работе катода мап вной эмиссии длитель акой конструкции нев ой эрозиями этих штыр ственно при работе с Однако пр в режиме взры пользование т во из-за сильн особенно суще нетрона ное исоз,можй, что матерно Изобретвние относится к технике СВЧ, в частности, к конструкциям сверхмощных релятивистских импульсных магнетронов, катоды которых работают в режиме взрывной эмиссии. 5Известно, что одной из наиболее сложных проблем 1 в магнетроне является лроблема конструкции видов колебаний и обеспечения стабильной работы магнетрона на одном рабочем виде колебаний, лоскольку в собственно резонаторной системе магнетрона имеются благоприятные условия для возбуждения ларазитных видов колебаний,Известен магнетрон, в котором с целью ловышения скорости и стабильности нарастания колебаний, рабочей частоты создаются в начальный момент лосле подачи импульса анодного напряжения более благоприятные условия для возбуждения колебаний рабочего,вирда за счет применения 20 катода, на эмиттирующей поверхности которого,вдоль силовых лициний .магнитного поля,располагаются, ряды коротких штырей с заостренными,концамя 111. еским следованием имлульсов анодногоряжения.Кроме того, при микросекундной длительности импульса анодного напряженияповышенная, напряженность электрическогополя в районе расположения штырей приводит к пробою промежутка анод - катод ибыстрому закорачиванию диода, что ведетк сокращению длительности имстульса генерирувмых колебаний и уменьшению КПДмагнетронного генератора,Известен релятивистский магнетрои, со.держащий катод с эмиттирующей поверхностью, анод и источник магнктного поля12. Катод магнетрона работает в режимевзрывной эмиссии. При больших скоростяхнарастания анодного налряжевия в такоммагнетроне возникают сильные нестабильности, колебаний пространственного заряда,в результате чего колебания становятся нестабильными, а скорость их установлениявелика, что особенно,недопустимо ари наносекундной длительности импульсов.Целью изобретения является увеличониескорости возбуждения магнетрона и обеслечение стабильной работы на одном рабочемвиде колебаний.Это достигается тем, что в релятивистском магнетроне, содержащем катод, аноди источник магнитного лоля, эмиттирующаяповерхность катода выполнена,в виде двухгрупп чередующихся полос, ориентированных вдоль силовых линий магнитного поля,причем полосы разиных групп изготовленыиз материалов с различной работой выхода, 5число полос в группе равно, номеру рабочего вида колебаний, а расстояния междуцентрами полос одной группы равны. Крометого, полосы одной группы могут быть выполнены из металла, полосы другой - нз 1 Одиэлектрика.На чертеже схематически, изображенопоперечное сечение матнетрона, содержащего,катод 1, анод,2, полосы из металла сбольшой работой выхода или из диэлектрика Зполосы, выполненные из,металла смалой работой выхода, 4,Катод соединен с центральным электродом линии Блюмляйна или,непосредствен 1 но с генератором импульсного напряжения. 20Анод 2 соединен с внешним электродом ли.нии Блюмляйна или заземлен,Магнитное поле направлено вдоль осиприбора, Импульс напряжания приложенмежду катодом 1 и анодом 2 и создаетэлектрическое поле, перпендикулярное к направлению, магнитного поля. Вывод СВЧэнергия производится или от одного из резонаторов с помощью волновода, или дифракциэнно по оси магнетрона. 30Число полос 4,выбирают равным номерурабочего вида колебаний. Азимутальнаяширина полосы определяется угловой щи,риной электронной спицы формирующего впространстве взаимодействия электронного 35заряда л может быть, найдена какЬ Ьпоо ф 1г,р - а Гс 1 о зсл40где Ю - число резонаторов анодного блока;- угловая ширина спицы;К,. - пороговое напряжение рабочеговида колебаний; 45У, - анодное напряжение;У, - амплитуда высокочастотного напряжения на аноде,Расстояние между полосами 4 равноазимутальному периоду высокочастотного 50поля рабочего вида колебаний. Очевидно,что полосы 4 следует располагать пропивламелей а,нодного блока.Предлатаемое устройство работает следувщим образом. 55В первый момент времени после подачиимпульса анодного,наряжения за счет яв.ления взрывной эмиссии нащинает формироваться неравномерный ло азимуту прост.раис пвенный заряд (неравномерность его 60обусловливается увеличенной эмиссиейэлектронов с полос 4), конфигурация которого соответствует конфигурации высокочастотного поля рабочего вида колебаний. Этот неравномерный пространственный заряд наводит в резонаторах анодного блока колебания рабочего вида,Таким образом, уже с момента начала эмиссии электронов в пространстве,взаимодействия магнетрона создаются оптимальные условия для поддержания рабочего вида,колебаний, что обеспечивает увеличение скорости возбуждения мапнетрона и стабильную работу на рабочем виде колебаний. Введение диэлектрика приводит к возникновению незавершенного разряда по ето поверхности, что способствует образованию пла.змы.Применение изобретения позволяет уменьшить длительность фронта СВЧ-импульса, устранить флуктуации переднего фронта импульса, обеспечить малый уход частоты от импульса к импульсу, устранять сдвиг колебаний с рабочего на ларазитный вид.Таким образам, предлагаемый магнетрон позволяет тенерировать сверхмощные СВЧ-импульсы нано- и микросекундной длительности как в одиночном, так и в многоимпульсном режимах и найдет применение в исследованиях по управляющему термоядерному синтезу, в радиолокации,на сверхдальние расстояния, в сильнопоглощающихся средах и т. д.Формула изобретения1, Релятивистский магнетрон, содержащий катод с эмиттирующей поверхностью, анод и источник магнитного поля, отл ич а ющ ийс я терм, что, с целью увеличения скорости возбуждения мапнетрона и обес печения стабильной работы на одном рабочем виде колебаний, эмиттирующая поверх,ность катода выполнена в виде двух групп чередующихся полос, ориентированных вдоль силовых линий,магнитного поля, причем полосы разных трупп изготовлены из материалов с различной работой выхода, число полос в группе, равно номеру рабочего вида колебаний, а расстояния между ценпрами полос одной группы равны.2. Магнетрон по п. 1, отляч а ющи йс я тем, что полосы одной, группы выполнены из металла, полосы другой - из диэлектрика,Источники янформации, принятые во анимание при экспертизе:., Авторское свидетельство СССР М 365692, кл, Н О 1 Л 25/58, 1972.2, Диденко А. И. и др. Исследование тенерации мощных СВЧ колебаний с помощью релятивистского матнетрона. Письма в ЖТФ, т. 4, вып, 1, 1978 (протопил).Корректор С. Файн Редактор И. Марголис Тип. Харви. фил. пред. Патент Заказ 21/31 Изд. Из 105 Тираж 757 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5