Монотрон
Монотрон состоит из открытой электродинамической системы, элемента связи для вывода сигнала, источника и коллектора электронов, входной и выходной диафрагм, ограничивающих пространство взаимодействия. Повышение КПД и уменьшение пускового тока генератора достигается за счет расположения в пространстве взаимодействия перпендикулярно Е-направлению электромагнитного поля одной или нескольких дополнительных модулирующих диафрагм с отверстиями для электронного потока. При этом размеры этих отверстий меньше длины волны излучения, а толщины и месторасположение диафрагм определяются условием фокусировки электронов потока в тормозящей фазе переменного поля на выходной диафрагме. 1 ил.
Изобретение относится к электронной технике миллиметровых и более коротких длин волн, может быть использовано в разработке и производстве генераторов электромагнитного излучения.
Известен классический монотрон [1], в котором электронный поток взаимодействует с переменным полем объемного резонатора тороидальной или иной формы. Основным недостатком этого устройства является низкий КПД (около 20%), что объясняется невозможностью одновременной оптимизации в обычном монотроне процессов группировки электронов в сгустки и их энергообмена с переменным полем при равенстве амплитуд напряженности на входе и выходе резонатора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является квазиоптический монотрон [2] (прототип), содержащий открытый резонатор в качестве электродинамической системы, элемент связи для вывода электромагнитной энергии, входную и выходную диафрагмы (сетки), ограничивающие пространство взаимодействия, источник и коллектор электронов. В этом устройстве возможно значительное увеличение КПД энергоотбора за счет выбора лучшего соотношения амплитуд поля на модулирующей и выходной диафрагмах. Однако степень фазовой компрессии и форма электронного сгустка в квазиоптическом монотроне также далеки от оптимального значения, что приводит к ограничению максимального КПД генератора (не более 66%) и большой величине стартового тока. Задачей настоящего изобретения является создание каскадного монотрона - высокоэффективного источника электромагнитного излучения субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн. Эта задача решается за счет того, что в пространстве взаимодействия электронов и поля открытой электродинамической системы на пути электронного потока перпендикулярно Е-направлению электромагнитного поля расположены одна или несколько дополнительных модулирующих диафрагм с отверстиями для электронного потока, выполненных из материала или иного вакуумночистого материала. Размеры отверстий должны быть менее длины волны излучения, а толщины диафрагм и их взаимное расположение подбираются таким образом, чтобы электроны потока фокусировались в томрозящей фазе поля около выходной диафрагмы пространства взаимодействия. Технический результат заключается в том, что введение в зазор взаимодействия на пути электронного потока модулирующих диафрагм с малыми отверстиями приводит к дополнительной модуляции средних скоростей электронов и каскадной группировке в переменном поле электродинамической системы. Каскадная группировка позволяет сформировать в тормозящей фазе поля на выходной диафрагме более совершенный электронный сгусток и, тем самым, повысить электронную эффективность и снизить стартовый ток монотрона. На чертеже приведена схема примера конкретного выполнения монотрона. В рассматриваемом примере устройство содержит открытую резонансную электродинамическую систему, состоящую из сферического 1 и плоского 2 зеркал с элементом связи 3 для вывода электромагнитной энергии. Пространство взаимодействия 4 представляет собой прямоугольную канавку на плоском зеркале 2, ограниченную входной 5 и выходной 6 диафрагмами, с глубиной, кратной полудлине волны, длина канавки (в направлении, перпендикулярном чертежу) такова, что ее края выходят за границы пятна поля на плоском зеркале, а ширина определяется на основе нижеприведенных соотношений. В пространстве взаимодействия 4 расположены дополнительные металлические диафрагмы 7 с отверстиями для электронов, ориентированные параллельно диафрагмам 5 и 6. Электронный поток 8, испускаемый эмиттером 9, пройдя через диафрагмы 5, 7, 6, попадает в коллектор отработанных электронов 10. Устройство работает следующим образом. Электроны пучка 8 через отверстие во входной диафрагме 5 попадают в пространство взаимодействия 4, в котором возбуждено переменно поле с вектором электрической напряженности, параллельным скорости электронов. Дополнительные диафрагмы 7 с малыми отверстиями нарушают пространственную однородность распределения поля в пространстве взаимодействия 4, приводя тем самым к появлению модуляции средних скоростей электронов на каждой диафрагме и их каскадной группировке в переменном поле резонатора. Сформированный сгусток электронов отдает запасенную энергию в тормозящей фазе переменному полю электродинамической системы и затем, через отверстие в выходной диафрагме 6, попадает в коллектор отработанных электронов 10, где рассеивает остаток своей кинетической мощности. В предположениях, что входная диафрагма 5 находится вне резонансного поля, n - 1 дополнительные диафрагмы 7 - достаточно тонки, чтобы можно было пренебречь различием амплитуд полей справа и слева от них, а отверстия в диафрагмах малы, КПД





















1. Лопухин В.М. Возбуждение электромагнитных колебаний и волн электронными потоками. - М.: ГИТТЛ. - 1953. - 324 с. 2. Алексеев Ю.К., Костиенко А.И. Квазиоптический монотрон. // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. - 1987. - 10(404). - С. 16-21. (Прототип). 3. Алексеев Ю. К., Негирев А.А., Романуша Е.И. Исследование выходных и стартовых характеристик квазиоптического монотрона. М.: МГУ. - 1992. - 68 с. - Деп. в ВИНИТИ 24.02.93 448-В93.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1