Оротрон

Союз Советских Социалистических Республикпо делам изобретеии и открытий45) Дата опубликования описания 07,01.81(71) Заявитель В. Д. Котов и С. Г, Чигарев Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехни и электроники АН СССР(54) ОРОТ Изобретение относится к электровакуумным приборам сверхвысоких частот, а более конкретно к устройству генератора сверхвысоких частот миллиметрового диапазона волн.Известны оротроны миллиметрового диапазона длин волн 1 Ц.Амплитуда электромагнитного поля этих приборов в плоскости, перпендикулярной направлению движения электронного пучка неравномерна, что ограничивает ширину пучка, а следовательно и генерируемую мощность.Известен также оротрон, содержащий электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и полутороидальным зеркалами, устройство вывода энергии, фокусирующую систему, периодическую структуру 2).К числу недостатков прибора следует отнести малое значение коэффициента полезного действия. Это объясняется тем, что в трубчатом электронном пучке образование плотных электронных сгустков, взаимодействующих с высокочастотным полем резонатора, ограничено взаимодействующих с высокочастотным полем резонатора, ограничено увеличением сил пространственного заряда в сгустках. Другим недостатком прибора является высокая удельная тепловая нагрузка на коллектор, что уменьшает надежность прибора и усложняет технологию изготовления.Целью изобретения является увеличение КПД и надежности.Указанная цель достигается тем, что в известном оротроне, содержащем электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и полутороидальным зеркалами, устройство вывода энергии, фокусирующую систему, периодическую структуру, одно зеркало открытого резонатора выполнено в виде полутороида, а другое - плоским, катод и периодическая структура коаксиально и осесимметрично расположены на центральной части плоского зеркала, а коллектор - на его внешнем периметре,На фиг. 1 схематически изображен оротрон.Оротрон содержит полутороидальное зеркало 1, плоское зеркало 2, отверстие 3 для вывода энергии, периодическую структуру 4, коллектор 5, катод 6, электронный пучок 7, катушки 8 фокусирующего соленоида. Полутороидальное зеркало 1 обращено вогнутой стороной к плоскому зеркалу 2, оба зеркала имеют общую ось вращения, В центре, на зеркале 2, расположены соосно кольцевой катод 6 и структура 4. Коллектор 5 находится за внешней границей открытого резонатора. Катушки фокусирую- щего соленоида находятся за пределами вакуумной области прибора, причем соосно с открытым резонатором.5На фиг, 2 схематически изображено распределение электрического поля в открытом полутороидальном резонаторе, Электромагнитная энергия такого резонатора сосредоточена в основном в объеме, 10 ограниченном каустическими поверхностями (показаны на фиг. 2 пунктиром), Составляющая электрического поля по координатеравна нулю, а по координате г изменяется по закону 15Е= Е;"где Р - радиус полярной окружности полутороидального зеркала;Е, - амплитуда поля; 20 К - коэффициент, зависящий от геометрии открытого резонатора, как функция радиуса кривизны К зеркала и расстояния между зеркалами; 25г - радиальная координата. Оротрон работает следующим образом.Кольцевая электронная пушка 6 формирует д 11 скОвый, радиально расходящийся 30 электронный пучок 7, осаждаемый на коллекторе 5 и проходящий над структурой 4. Фокусировка пучка осуществляется магнитным полем, создаваемым соленоидом, состоящим из двух катушек 8, Если период 35 структуры меньше длины волны собственного колебания открытого резонатора, то около периодической структуры создаются пространственные гармоники этого колебания, имеющие фазовые скорости меньше 40 скорости света и экспоненциально убывающие по амплитуде по мере удаления от поверхности структуры. При скорости электронов близкой к фазовой скорости одной из пространственных гармоник, происходит эффективное взаимодействие электронного потока с высокочастотным полем резонатора. Если ток пучка превышает некоторое пусковое значение, система пучок - резонатор самовозбуждается и в ней возникают электромагнитные колебания, которые через окно связи 3 выводятся в нагрузку.Плотность тока в таком радиально расходящемся электронном потоке убывает по мере удаления от катода 6 к коллектору 5 и имеет на последнем меньшую, чем на катоде величину во столько раз, во сколько раз радиус катода меньше радиуса коллектора. Это существенно уменьшает удельную тепловую нагрузку на коллекторе и позволяет значительно увеличить надежность прибора и упростить технологию его изготовления.Формула изобретенияОротрон, содержащий электронную пушку, коллектор, открытый резонатор, образованный плоским и полутороидальным зеркалом, устройство вывода энергии, фокусирующую систему, периодическую структуру, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и надежности прибора, одно зеркало открытого резонатора выполнено в виде полутороида, а другое - плоским, катод и периодическая структура коаксиально и осесимметрично расположены на центральной части плоского зеркала, а коллектор - на его внешнем периметре.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР334605, кл. Н 01 Я 23/16, опублик. 1970.2. Авторское свидетельство СССР472598, кл. Н 013 23/24, опублик. 1973, (прототип),794682 оставитель Е. МедвеТехред Л. Куклин рректор О. Силуяно актор В, Большакова Тираж 784 Подписное ета СССР по делам изобретений и открытий -35, Раушская наб д. 4/5 Заказ 2721/14 Изд.11 НПО Поиск Государственного ком 113035, Москва, Ж