Эффективность возбуждения и преобразования быстрых циклотронных волн в мощных электронных потоках

• Автор: Гореликов, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 c. : ил

г Г

ЦУЬЛДГИЯ ВАК СССР

протокол

г> Е Ш И Л Л |

В Ы Д а т Ь Д и р. я о • ' I ОКАИДДТЛ_Л^- '

АННОТАЦИЯ
Проведен численный анализ нелинейного взаимодействия электронного пучка, возбужденного на быстрой циклотронной волне, при селективном энергообмене с циркулярно-поляризованным компонентом СВЧ-поля резонатора с учетом трехмерного характера кулоновских полей и релятивистских эффектов. Выявлены причины, ограничивающие энергоемкость и моноэнергетичность электронного пучка в резонаторе. Показано, что кулоновское взаимодействие слабо влияет на КЕД ввода СВЧ-мощности в электронный поток, который может превышать 95-96% для 40-50 кВт непрерывной мощности СВЧ.
Теоретически исследована эффективность преобразования энергии быстрой циклотронной волны потока конечных размеров в энергию продольного движения в переходной области циклотронного преобразователя с учетом начального энергетического разброса электронов пучка. Показано, что оптимальный КПД преобразования в переходной области может принимать значения 80-85% при выходной мощности постоянного тока 40-50 кВт.
Предложен новый принцип СВЧ-усилителя с комбинированным продольно-поперечным взаимодействием, который позволяет существенно увеличить КПД передачи энергии в нагрузку и расширить рабочую полосу частот.
Экспериментально реализовано и детально исследовано в макете циклотронного преобразователя устройство связи с быстрой циклотронной волной на основе прямоугольного резонатора. Проведены исследования эффективности макета циклотронного преобразователя СВЧ-энергии в энергию постоянного тока, которые показали хорошее соответствие экспериментальных результатов с теоретическими представлениями.

СВЧ-УСТРОЙСТВА НА БЫСТРЫХ ЦИКЛОТРОННЫХ ВОЛНАХ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
§ I. Физические особенности поперечной модуляции
электронного потока
§ 2. Электронно-лучевые усилители циклотронных
волн
§ 3. Циклотронный преобразователь СВЧ-энергии в
энергию постоянного тока
§ 4. Циклотронный фазовращатель
§ 5. Эффективность рекуперации энергии электронного
пучка в поле тормозящего коллектора
§ б. Заключение
ГЛАВА I. СВЧ-УСИЛИГЕЛЬ С КОМБИНИРОВАННЫМ ПРОДОЛЬНОПОПЕРЕЧНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ
4 1.1. Принцип , работы СВЧ-усилителя с комбинированным
продольно-поперечным взаимодействием
§ 1.2. Анализ преобразования энергии поступательного
движения электрона в энергию циклотронного вращения в реверсивной области
§ 1.3. Влияние геометрических размеров электронных
сгустков на процесс преобразования в реверсивной области
§ 1.4. Обсуждение
ГЛАВА II. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗБУЖДЕНИЯ БЫСТРЫХ ЦИКЛОТРОННЫХ ВОЛН В МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПОТОКАХ
§ 2.1. Исходные соотношения
§ 2.2. Энергоемкость электронного пучка в прямоугольном резонаторе
§ 2.3. Разброс скоростей в электронном потоке на вы-

р можно представить как
? = & + > (ІЛ0) где h и Pc - соответственно синхронный радиус и радиус циклотронного вращения электрона. Наиболее наглядно это иллюстрируют кривые для Л/с = I »0 рис. 1.3. Синхронный радиус Çg , в этом случае, имеет существенно большую величину и J поскольку пролетный угол электрона в >20 , наблюдаются осцилляции р , связанные с циклотронным вращением электрона.
§ 1.3. Влияние геометрических размеров электронных сгустков на процесс преобразования в реверсивной области
Предположим, что сгусток электронов на входе в область реверса имеет вид бесконечно-тонкого диска с радиусом R0 (см.
рис. 1.4), а центр этого диска удален от оси симметрии магнитной линзы на расстояние R . Тогда электроны, расположенные по контуру диска имеют смещение от оси симметрии
//~| =. |( R + RoCOS |рК)2+ ) (1-Й)
где - число выделенных электронов по контуру диска. Численное интегрирование уравнений (1.6) с граничными условиями
Рк(0) = ( 1 + X + 2cosjfK)2j
о, мысо) - 1 ,
%(0) = arcsin j yJ^LS^J -і const, j (1.12)
К = 1,2,... М ; М