Способ получения сверхвысокочастотного электрического поля

(5)5 Н О 05 Н 7 1 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ского велиехни в с л,ктехникеовано в уск увелиогоой не яетсяуждаемзаданнщего п ка чка.рас положениеонатора; наелениеполей.с уждаетГОсудАРстВенный кОмитетпо изОБРетениям и отнРытиямПРИ ГКНТ СССР И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(5 Ь) Коробкин В,А, и Какеев Ю.Г, Собственные электромагнитные колебания разветвления круглого и радиального волноводов. - Радиотехника и электро-. ника, 1987, т. 32, в. 3.Вишняков В,А., Ракитянский А.А, и Шендерович А.М. Ускорение электронных пучков в стоячей электромагнитной волне с тангенсально направленным вблизи стенок резонатора электрическим полем. - Вопросы атомной науки и техники, Серия: Техника физического эксперимента, 1981, вып. 3(9), с. 1-72.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к т кеСВЧ и может быть использовано у коИзобретение относится СВЧ и может быть нспольз рительной технике,Целью изобретения явл чение напряженности возб электрического поля при гии электронов возбужда путем увеличения тока п На Фиг, 1 изображено электронного пучка и ре фиг. 2 приведено распред в резонаторе, рительной технике, Целью изобретения является увеличение предельной напряженности возбуждаемого электриче поля. Цель достигается за счет у чения тока электронного потока, пропускаемого в запредельной области открытого резонатора в соответствии с изобретением. При этом размеры резонатора выбираются такими, чтобы у стенок резонатора электромагнитные поля имели только тангенсальные составляющие электрического поля, а компонента поля, с которой взаимодействует ,электронный поток, плавно спадала вдоль радиуса резонатора. Таким образом можно достигать требуемых соотно- ае шений между напряженностями электромагнитных полей в обрасти прохождения электронного потока и в области максимальных напряженностей полей, Частота модуляции электронного потока выбирается равной частоте собственного колебания открытого резонатора. Открытый резонатор образован сое-, динением запредельных цилиндрического волновода 1 и радиального волновода2, в области 3 связи двух волноводов Вустанавливаются электромагнитные поля с азимутально направленной электрической составляющей при возбуждении :резонатора предварительно промодулированнымэлектронным потоком 4, который проходит в радиальном волноводе 2 При этом электронный, пота возб в структуре электромагнитное поле,.4 вФРЬ 1 "- . , 1(Рп.г)31 4 1/2 рйспределейие напряженности азймутальйой компоненты которого вдоль радиуса системы (кривая 5); существенным образом отличается. от распределения поля в закрытом цийийдрическом резонаторе, который использован в прототюпе (кривая 6) При этом азимутальная компонента в закрытом резонаторе достато 4 ио быстро сйядает вблизи стенки 7 резонатора,.3ЭЕ =. Е -1 "дц-"- Е ." Нрн х ) 1/2. Из этих формул следует, что элект; рическое поле в запредельной областирадиального волновода не имеет .рЕзкойграницы. Поэтому перемещая место пролета, лучка с заданной энергией частиц 5" в сторону больших радиусов (увелнчиВая одновременно ток пучка), можно" увеличить напряженность возбуждаемого. пучком электрического поля. Этот фактиллюстрируется кривой 5, на которои Оизображено распределение,электрическо.го СВЧ-поля в плоскости х = О в Резо", наторе с 1 = 1 О см; а 5, 95 си;: 1 =Р,3 74 см. Экспериментальные измере-ния, Показали лто Добротность такого4резонатора равна 2 1То естЪ в данном случае можно воз-,будить выделенный тип колебаний от-.крытого резонатора, Поэтому в дальЪРезонатор возбуждают .путем пропускания модулированного пучка электронов в зайредельной области радиального волновода 2 перпендикулярно оси резонатора х. Частота следования сгустков пучка .выбирается равной собственной частоте резонатора.Распределение собственногб элект. рического поля в таком резонаторе описывается следующими выражениями. в Г 1 (тф 4) с (Хна)1( ( ) )у )+В ф, У" 1 "Р.1 Ус.) 1,(у, а 1 нейшем можно для расчетов возбуждения данного резонатора пользоваться стандартными формулами возбуждения резонансных типов колебаний электронным потокомПри таком способе возбуждения .резо". натора электронным потоком, выигрыш . достигается за счет того, что собст-. венная мода. типа ТКрезонатора, образованного соединением запредельнык цилиндрического и радиального волноводов, имеет вблизи металлических поверхностей только тангенсальные сос" тавляющие электрического поля, а ком-. понента К .с которой взаимодействует, . поток, в области радиального волново-, да является плавно спадающей вдоль радиуса, Исходя из этого можно подоб-, рать требуемое соотношение между максимальной напряженностью поля Е и полем Е;. в области лрохождеййя электронного потока. Иэ самосогласоваи ного решения задачи о возбуждении электронным потоком резонатора и,о движении электронного потока в наведенном. электрическом поле можно найти соотношение межд/ током пучка, энер-". гией частиц пучка при заданном значении максимальной напряженности элект ,рического поля Ки кратчайшим расстоянием от оси резонатора до траек-ториипучка. Эти условия имеютследу"ющий видф+ ъ . Г 1 п (2 к ") 1 (21 с 1) Это выражение сильно упрощаетсяпри.г1 ФРассмотрим пример реализации способа при возбуждении резонатора с па раметрами а=5,95 см; 1=3,74 см; 4О см пучком электронов с энер.гией 200 кэВ Расчет показывает, чтопри пролете пучка по траектории проходящей вблизи границы запредельной З 5 области (Ь - 6 см), Е " 3 0 В/см.Припролете пучка на (юльших. расстоя-ниях от оси резонатора Е возрасмбкСтает согласно данным приведенным втаблице. В этой же таблице приведены . ,Е 7 рассчитанные значения тока пучка(требуемые для получения указанныхзначений Е ,). 1 о 1 16 ъ0 60 - - 1 п - , - + - + - - р 1 2 г 2 48Максимальные потери энергии частицВозбуждающего пучка в резонаторе2 хАимакс . еЕмакс,Для того, чтобы пучок прошел черезрезонатор и возбудил его, начальнаяэнергия частиц Я должна быть большесуммы асщакс+ еП Е ) аЕ, +еЦ. Ь, см 9,0 30 7,0 2 0 7 3 07.ф 3 9.Ос 9 .О,. Из таблицыследует, что, перемещая место пролета пучка в сторонубольших радиусов, можно путем увеличения тока пучка существенно увелиФ / .чить напряженность возбуждаемого поля.,Так, изменяя параметр Ь от 6 до О см, можно увеличить Емакс н 30. раз. При реальных параметрах пучка200 кэВ, Х = 800 А можно полу-, . чить максимальную напряженность электр. рического поля Е а " 30 В/см. ф о р м У л а изобретенияСпособ получениясверхвысокочастотного электрического поля в резонаторе 7 582935. , В условИе пРактически всегда выполняет- рассматриваемый резонатор в области , ся даже для максимального разумногопролета пучка представляет собой двезначения Кс " 30 В/см. Например, металлические плоскости, расположендля условий йрактически достижимых ные на расстоянии 1, то задача свосм, Е- "200 кэВ), учитывая, дится к определению провнсания потенчто при Ъ = О см, К= 9 0 В/см, циала между этими пластинами и пучкома при5 см300 В рду г . Лля проведения цо бу2дем считать это провисание малым по - Я С О 04 Это связано с тем обс я О сравнению с энергией частиц Тогдапредставляя пучок равномерно эаряжен,тельством, что возбуждающий пучок,про- ным цилиндром, движущимся со сколетай в запредельной области отк ыто- .и открыто-ростью Ч, задачу решим методом иэобго резонатора встречает на своем пу- . ражений. В результате получим следуюФи электрическое поле, значительно5 щеевыражение для провисания потенцименьшее Еала от каждой иэ пластин до оси пучкаВтороесоотношение учитывает силыйространственного заряда. Поскольку1582935 10 на ТЕ-типе колебаний с тангенциальнорического Поля, в качестве резонатоиаправленным у стенок резоватора эле- ра использован открытый резонатор, ктрическим полам путем .возбуждения образованный соединением Запредельныя резонатора модулированным пучком зле- з круглого и радиального волноводов, а ктроиов, пропускаемым перпендикуляр- пучок электронов пропускают в радиально его оси, о т л и ч а.ю щи йс я ном волноводе, вне пределов круглого тем, что, с целью увелйчения предель- волновола.чой напряженностй возбуждаемого элект-дф Редактор Лошкаре изобр ударственно 13303Заказ 24ВНИИПИ Г Составитель Е. ШиТехред Л.Олийнык Тираж 353комитетаМосква, Ж ва Корректор С. Ыекм Подписноетениям и открытиям при ГКНТ Сская наб., д. 4/5