Безмагнитные мощные электронные приборы СВЧ / Nonmagnetic Powerful Electronic UHF Devices

Кравченко В.Ф. / Kravchenko, V.F.
Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН; Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН; Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана / Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS; Scientific and Technological Centre of Unique Instrumentation of RAS; Bauman Moscow State Technical University
Кураев А.А. / Kurayev, A.A.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники / Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics
Матвеенко В.В. / Matveyenko, V.V.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники / Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics
Выпуск в базе РИНЦ
Кравченко В.Ф., Кураев А.А., Матвеенко В.В. Безмагнитные мощные электронные приборы СВЧ // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 2(32). С. 36–49. DOI: 10.25210/jfop-1902-036049
Kravchenko, V.F., Kurayev, A.A., Matveyenko, V.V. Nonmagnetic Powerful Electronic UHF Devices // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 2(32). P. 36–49. DOI: 10.25210/jfop-1902-036049


Аннотация: Представлены конструкции и основные характеристики мощных электронных приборов СВЧ, в которых отсутствуют магнитные поля в области взаимодействия (безмагнитные приборы): релятивистский гелитрон – сформулированы нелинейные уравнения и на их основе проведен анализ и оптимизация генератора СВЧ нового типа – релятивистского гелитрона. Это прибор с центробежной электростатической фокусировкой (ЦЭФ) осесимметричного винтового релятивистского электронного потока, взаимодействующего с Hn1l модой электромагнитного поля коаксиального резонатора. На основе численного моделирования и оптимизации показано, что его эффективность превосходит эффективность релятивистских ЛБВ и ЛОВ; безмагнитный клистрон-удвоитель с поперечной модуляцией – приведены нелинейная теория и расчет КПД электронного прибора нового типа – безмагнитного клистрона-удвоителя частоты с поперечной модуляцией ленточного релятивистского электронного потока. В отличие от известной конструкции клистрона – удвоителя частоты с поперечной модуляцией в области группировки электронов используется не магнитная линза, а электростатическая; сферотрон-генератор на двусферическом резонаторе – выполнено моделирование мощного генератора СВЧ нового типа – монотрона на двусферическом резонаторе. Показано, что в таком генераторе весьма простой конструкции достижимы КПД 33% при токе пучка в импульсе 1…10 кА и напряжении 40-50 кВ. Существенно, что отсутствие магнитных систем в таких приборах не только снижает их массогабаритные характеристики и исключает расходы на питание электромагнитов, но и позволяет использовать сверхпроводящие электродинамические системы [1], что важно для мощных приборов (наличие постоянного магнитного поля разрушает высокочастотную проводимость).
Abstract: The article presents the designs and main characteristics of high-power microwave electronic devices without magnetic fields inside interaction region (non-magnetic devices): relativistic helitron are formulated by nonlinear equations based on them analysis and optimization of a new type of relativistic helitron microwave generator is carried out. Relativistic helitron provides interacting electromagnetic field Hn1l mode of a coaxial resonator with an axisymmetric screw relativistic electron stream by centrifugal electrostatic focusing (CEF). Helitron’s numerical modeling and optimizing realizes efficiency exceeding than that of relativistic TWTs and BWOs; non-magnetic klystron-doubler with transverse modulation is resulted in by non-linear theory and calculating electronic efficiency of a new type non-magnetic klystron-frequency doubler with relativistic electron transverse modulation. Instead of magnetic lens are used electrostatic ones in the electron bunching region in contrast to the well-known construction of a klystron frequency doubler with transverse modulation; spherotron-generator on a two-spherical resonator high efficiency for a new type powerful microwave generator (a monotron on a two-spherical resonator) is found with using simulation. The article presents the generator with a very simple design, where an achievable efficiency is 33% at a beam pulse current 1…10 kA and a voltage of 40-50 kV. It is significant that the absence of magnetic systems in such devices not only reduces their weight and size characteristics and eliminates the cost of powering electromagnets, but also allows to use superconducting electrodynamic systems [1], which is important for high-power devices (the presence of a constant magnetic field destroys high-frequency conductivity).
Ключевые слова: релятивистский гелитрон, безмагнитный клистрон-удвоитель, сферотрон-генератор, КПД, мощность, амплитудные характеристики, условия самовозбуждения, non-magnetic microwave devices, relativistic helitron, non-magnetic klystron-doubler, spherotron-generator, efficiency, power, amplitude characteristics, релятивистский гелитрон


Литература / References
  1. Концептуальный проект ускорительного комплекса Nuclotron – Based Ion Collider – Дубна ОИЯИ, 2008. 51с.
  2. Кураев А. А. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками. Мн.: Наука и техника, 1971. 312с.
  3. Чернов З. С. // Труды ИРЭ АН СССР. 1956. Т. 1. С. 7.
  4. Pantell, R. // IRE Trans. 1960. ED-7. No.1. P. 20.
  5. Сушков А. Д. Вакуумная электроника. Физико-технические основы. Скт Пб. М.: Лань, 2004. 404с.
  6. Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров. М.: Радио и связь. 1986. 208с.
  7. Кураев А. А., Попкова Т. Л., Синицын А. К. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: ИНФРА-М. 2016. 424с.
  8. Кураев А. А., Парамонов Б. М., Синицын А. К. АС СССР № 152601 «Клистрон с поперечной модуляцией», приоритет 2.10.1987, зарегистр. 1.08.1989.
  9. Кураев А. А., Парамонов Б. М., Синицын А. К. Некоторые перспективные схемы СВЧ-электронных приборов. Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36. № 5. С. 893-897.
  10. Кураев А. А., Парамонов Б. М., Синицын А. К. О некоторых модификациях приборов релятивистской СВЧ-электроники. Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. № 2. С. 316-320.
  11. Кураев А. А. Электродинамика и распространение радиоволн / А.А. Кураев, Т.Л. Попкова, А.К. Синицын. Минск: Бестпринт, 2016. 357 с.
  12. Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров. М.: Радио и связь, 1986. 208 с.
  13. Калинин В. И., Герштейн Г. М. Введение в радиофизику. М.: ГИТТЛ, 1957. 513с.
  14. Шевчик В. Н. Основы электроники сверхвысоких частот. М.: Советское радио, 1959. 96с.
  15. Кравченко В. Ф., Кураев А. А., Синицын А. К. Несинхронные взаимодействия // М.: Успехи физических наук. 2007. Т. 177. № 5. С. 511-534.
  16. Кураев А. А., Синицын А. К. Коаксиальный диодный генератор-диотрон // М.: Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. № 2. С. 214-219.
  17. Батыгин В. В., Топтыгин И. Н. Сборник задач по электродинамике. М.: ГИФМЛ, 1962. 480с.
  18. Канавец В. И., Сандалов А. Н. Релятивистские генераторы и усилители СВЧ-излучения // М.: «Электроника» (Итоги науки и техники ВИНИТИ), 1985. Т. 17. С. 82-168.