Способ передачи свч-энергии по волноводному тракту в нагрузку

)5 Н О 5 Н 7 О 2 ОПИСАНИЕ А ВТОРСКОМУ СВ БРЕТЕНИ Ел енк ные ФТИ 540. ГИИ ПОускоридачи нергии в нагрузт внешне- оэдают ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Лебедев А,Н. и др. Основы физки и техники ускорителей, т. 3. Линейные ускорители. - М,: Энергоиэд1983, с, 103.Белоглазов В.Н. и др. Линейускорители электронов на 2 ГэВАН УССР, т. 24, в 6, 1986, с.(54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ .СВЧ-ЭНЕ ВОЛНОВОДНОМУ ТРАКТУ В НАГРУЗ (57) Изобретение относится к тельной технике. Способ пере сверхвысокочастотной (СВЧ) э по волноводному тракту (ВТ) ку состоит в том, что в ВТ о го ионизирующего источника с ион:1 зированный газ с концентрациейэлекТронов 10 -1 О см , при этомнапряженность электрического поляподдерживают выше значения напряженности возникновения автоэлектроннойэмиссии из стенок ВТ, возбуждают продольное магнитное поле (ИП), векторт, магнитной индукции которого противо"положен вектору распространения СВЧэлектромагнитной волны, измеряют напряженность МП до совпадения гироскопической частоты электронов ионизированного газа с рабочим значениемчастоты СВЧ-волны, перемещают границы участка с магнитным полем вдольтракта до совпадения на нагрузке фаэ Фпадающей СВЧ-волны, отраженной отобласти магнитоактивного ионизированного газа. Способ повышает энергию,передаваемую на нагрузку. 2 з.н. Сф-лы, 2 ил.,сюИзобретение относится к техникеускорителей и может быть использоваФйо в радиолокационных станциях, установках космической связи, в электротехнической, атомной и других отраслях промьппленности,Целью изобретенияявляется повыше ние энергии, передаваемой в нагрузку.,Существо изобретения поясняется на 3примере работы устройства, приведенНого на фиг. 1 На фиг, 2 представЛена экспериментальная кривая зависимости светимости (ионизации) газаР 1) от уровня СВЧ-мощности в волно" 15водной линии при Р = 5 атм.На фиг. 1 показаны волноводныйтракт 1, соленоид 2, СВЧ-генератор 3,цагрузка 4, прямая волна 5, отраженйая от нагрузки волна 6, область 7 . 20иагнитоактивного газа, направление 8Магнитного поля соленоида, отраженнаяот магнитоактивного газа волна 9.В общем случае электромагнитнаяолна 5, распространяющаяся от СВЧенератора 3 к нагрузке 4, проходяпо волноводному.тракту, испытываетмалые затухания. В волноводиом тракте,1 возникают волны, распрОстраняющиеся в направлении, противоположном 30распространению рабочей СВЧ-волны 5.11 ри наложении на волноводный тракт 1продольного магнитного поля.соленои"да 2, направление 8 которого противоположно волновому вектору рабочей 35СВЧ-волны 5, ионизированный газ 7приобретает, свойства анизотропнойсреды, в результате чего отраженнаяот нагрузки волна 6 снова отражаетсяот магнитоактивного газа 7 и направ- Щ.ляется как волна 9 в нагрузку 3. Перемещением соленоида 2 по волноводному тракту 1 добиваются совпаденийв нагрузке фаэ прямой волны 5 и отраженной волны 9, . ч 5Интервал изменения концентрации свободных электронов находится в пределах 10 см (Н(10 см, Нижнее ог 7раничение обусловлено слабо выраженным. эффектом отражения СВЧ-волны от магнитоактивного ионизированного газа, что установлено экспериментально, а верхнее - пробойными явлениями в СВЧ-тракте.55Длину соленоида выбирают с учетомдлины плато магнитногс поля; -Ь б 3 где д - диаметр соленоида, Для прямоугольного волновода с широкой стенкой ат.е. 1.З,Эат 2 А= 31, Следовательно,нижнее ограничение длины соленоидасостоит в том, чтобы она была большедлины волвы в волноводе. Верхнееограничение определяется конструктив"ными особенностями СВЧ-тракта.Давление газа в волноводе обусловдено электрической прочностью волновода, оно находится в пределах от 3,0до 5,0 атм (для области техники, на-,пример, линейных ускорителей Элект"ронов),Величину Н магнитного поля выбирают иэ условия совпадения гироскопи"ческой частоты электронов ионизированного газа ыв с частотой СВЧ-волныф4 в=1,76 1 О Н ГцВерхняя граница величины электрического поля прямой волны обусловленаконструктивными особенностями волноводного тракта - его электрическойпрочностью. Нижняя граница связанас возможностью производить .электрическим полем распространяющейся вволноводном тракте электромагнитнойволны ионизацию газа, Процесс иониза"ции газа в волноводном тракте носитсложный физический характер. Автоио.низация при СВЧ-частотах и достижимой мощности в передающих линиях неимеет места. Основным механизмомионизации газа при распространениив волноводе электромагнитной волныявляется ионизация электронным ударом вследствие автоэлектронной эмиссии с микроострий стенок волновода.Как известно автоэлектронная эмис-.сия определяется величиной электри".ческого поля и радиусом острий.На экспериментальной кривой фиг,2зависимости светимости 1 ионизирован"ного газа (И) от уровня СВЧ-мощностив волноводном тракте при давленииР 5,0 ат видно что при величинеэлектрического поля Е)10 кВ/см (Р=щ 3,5 МВт/имп) в стандартных дюралюми-нйевых волноводах вследствие допустимой шероховатости стенок по техническим условиям их изготовления авто"электронная эмиссия уже происходит.Следовательно, нижнюю границу электрического поля надо принять выше10 кВ/см. Кроме процесса автоэлектронной эмнсссии,вызывающей ионизацию14229434газа, можно для ионизации того же волны уже могут .нимать позитивноегаза использовать внешний источник, участие в процессе ускорения,например,-источник. В этом случае Геремещением соленоида 2 по протяего интенсивность должна выбираться женному волководному тракту дастигаиз слз условия концентрации свободных ется наилучшее совпадение фзз ускоряю 5электронов в указанных выше пределах щей и отр:1 женкой наведенной волн, присм И 10 . см ). ходящих е ускоряющую секцию. КонтрольРабота таботает устроиство следующим об- осуществлялся магнитным анализатором.При экспериментальных исследовани"разом.Волна от СВЧ-генератора 3 распро- кх максимальный прирост энергии имелстраняется по волноводному тракту 1, .место при совпадении значений гироиспытывая малое затухание. При пере- скопической частоты с рабочей СВЧ-час"даче волны по волноводному тракту к тотой в пределах ошибки измерения,ускоряющей секции часть энергии отра- ; Измерения проводили при длительжается и распространяется по СВЧ-трак- ности импульса тока пучка 5,5 мкс,ту в противоположную (от рабочей вол- частоте посылок 25 Гц и амплитуде то"ны) сторону, т.е. Унося некоторую ее ка 0,7 А.часть, предназначенную для ускорения При выключенном магнитном полечастиц. Аналогично, СВЧ-волна, гене энергетический спектр пучка составлялРируемая пучком электРонов в ускоряю- Е ,щей секции является " б1ся о ратной , т.е.б,38 ; После каложения на волнопереносимая ею знерги. нергия распространявод ведущего магнитного поля при нается в направлправлении, противоположномпряженности, соответствующей резонансфазовой скорости. Та им бкому значению для частоты 1818 ИГц,,наведенная - обужекие энергетического спектра пучв секции волна, унося далю дЕэнергии ускоренных частиц, распростра ка составило= 3,92%. Следователь, няется в тракте так же, как и волна,1отраженная от сая от секции - в противоположф .но, использование энергии обратнойра оче волны сторону, Следо"волны может вызвать и улучшекие ха"рактеристик пучка.вательно, эти волны приводят к "недоб ору энергии пучком ускоренных часж. Прина волководныйСВЧ-тракт 1 магнитного поля ионизированный газ станотановится анизотропным,о 1. Способ передачи СВЧ-энергии поНаправление мае магнитного поля совпадаетЗ 5 волноводному тракту в нагрузку за тфс направлениемием распространения отраключающийся в возбуждении в волновод"женной и наведенн йведенно в секции волн,ном тракте, заг;олненком газом под давПри такомком направлении магнитного поляленкем выше атмосферного, СВЧ электро"волна от -генератора 3 промагнитной волны Распространяющейся40 к нагрузке, о т л и ч а ю щ и й с ябдит о ласть магнитоактивного состо. яния ионтем, что, с целью повышения энергии,иониэированного газа, испытываямалое затухпередаваемой в нггрузку, в волноводое затухание. В противоположность ном тракте создают ионизировакный газра оче волне, отраженная и наведент йс кокцентрацией электронов 10 -10 ом.ная волна могут отражаться от областимагнитоактивннитоактивного состояния и и45 на участке волководного тракта возстояния при усло- буждают продольное магнитное поле,вии совпадения гироскопической часто- вектор магнитной индукции котороготы электронов счастотой СВЧ-волны противоположен вектору распространегде гироскопическая. частота рассчи- кия СВЧ э,.тывается по формулеэлектромагнитной волны измеФняют напряженность магнитного поля(дя 1,76 101 Н (Гц) до совпадения гироскопической частоты электронов ионизированного газаи далее распространяется по тракту с рабочим значением частоты СВЧ-волв направлении, совпадающем с направ- ны а затем перемещперемещают границы участлением вектора распространения рабо- ка с магнитным п55 ым полем вдоль тракта дочей волны. Следовательно, при совка- совпадения на нага нагрузке фаз падающейдении фаз отраженной и наведенной СВЧ-воЛны и волны, отраженной от обволн с рабочей волной от обдгсти ласти магнитоактивно ктивного нонизированмагнитоактивного состояния газа эти . ного газа.1422943 2. Способ по п. 1, о т л н ч а ю - щ и й с я тем, что для создания ионизированного газа с концентрацией электронов 10 -10 смнапряженность5 электрического поля возбуждаемой СВЧ-волны поддерживают выпе значения напряженности возникновения автоХ 7 7 ЮО 78 ЮддРанд 40 48 ХЯ ЮЕ ЮО УЮ щг 8 ЮЯОБОУ 18 17 Составитель Е.Громо Техред Л,Олийнык Редактор. Б.федо Бутяга ектор бб 5 подписноественного комитета СССРбретений и открытий-35, Раушская наб д. 4/ аказ 433 Производственно-по. раФическое предприятие, г. Ужгор роектная Тир ВВИИПИ Госу по деламэлектронной эмиссии из стенок тракта.13. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что создание ионизированного газа с концентрацией электронов 1 Осм обеспечивают от. внешнего ионизирующего источника.