книги / Релятивистские многоволновые СВЧ-генераторы
..pdfпизмом потока с полем неустановившейся волны одной моды 2?<и. Многоволновые гибридные режимы излучения в коротких сек циях на частотах «2я», «Зя», ...-видов характеризуются возбуж дением многих объемных волн. В частности, в короткой односек ционной структуре вблизи «2я»-вида связаны между собой две поверхностные волны, две объемные волны, направленные почти нормально к поверхности, и ряд объемных волн, появляющихся из-за переменной, зависящей от потока структуры полей. В зави симости от ускоряющего напряжения реализуются усложненные дополнительным объемным излучением режимы Л БВ -РД Г, ЛОВ-
РДГ |
(см. рис. 5.3) или ЛОВ-ЛБВ-РДГ. За |
гибридными режимами |
||||
в области «2я»-вида оставлено |
название — режим |
релятивистско |
||||
го |
дифракционного генератора |
(Р Д Г), |
а |
в |
области |
«Зя»-, |
«4я»-, .. .-видов — режим МВДГ. |
|
|
|
|
|
|
|
В процессе поиска эффективных режимов |
генерации |
СВЧ-из- |
лучения на ускорителе «Гамма» были исследованы различные ва рианты одно- и двухсекционных генераторов комбинированного типа [261]. В односекционных структурах реализовывались режи мы взаимодействия пучка и поля вблизи «я»-, «2я»-видов, ЛБВ,
ЛОВ, в |
двухсекционных —- ЛОВ-ЛБВ, ЛОВ-ЛОВ |
(см. |
рис. 5.4, а). |
|
Исследования проводились на длинах волн |
Я « |
2 —4 |
см. Исполь |
|
зовались |
структуры с отношением диаметра |
к длине |
волны D/Я « |
» 2 —4. Исследованные режимы оказались неэффективными, полу
ченные |
мощности |
излучения не превышали |
0,5 |
ГВт |
при |
КПД |
||
^ 1 % и длительности импульса тСвч ^ Ю0 нс. |
|
|
|
|
||||
|
5.3. МНОГОВОЛНОВЫЕ ЧЕРЕНКОВСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ |
|
||||||
Известно, что с увеличением энергии электронов пучка возра |
||||||||
стает |
оптимальная |
длина |
однородной замедляющей |
структуры, |
||||
Lonт ^ М 2 [316]. При этом |
возрастают |
синхронное поле и |
харак |
|||||
терный |
размер его |
спада по |
радиусу |
(2 .5). |
Все |
это |
приводит к |
уменьшению стартового тока СВЧ-генератора и соответственно к ограничению энергетических параметров используемых электрон ных пучков и генерируемой мощности. Эффективным способом управления величиной стартового тока является введение труб дрейфа, т. е. секционирование электродинамической структуры. Секционирование позволяет наряду с возможностью регулировки обратной связи в генераторе повысить его КПД.
Электродинамическая структура МВЧГ содержит две секции
сверхразмерного (D/Я > 1) |
диафрагмированного волновода |
с оди |
наковыми периодами |
соединенные трубой дрейфа того же |
|
диаметра (см. рис. 5.1). |
Для расширения возможностей |
регули |
ровки обратной связи в пространстве дрейфа могут устанавливаться поглотители СВЧ-излучения дифракционного типа. Такими погло тителями могут служить, например, диафрагменные линии, где расстояние между диафрагмами равно периоду диафрагмирован ных волноводов секции. В МВЧГ, как уже отмечалось^ использу ется взаимодействие пучка с полем неустановившейся из-за малой
длины секций поверхностной волны вблизи частоты «я»-вида низ шей полосы прозрачности. В полосу синхронизма могут попадать
как аксиально-симметричные (2?oi), |
так и несимметричные |
(ЕН\\Г |
|
£ # 21, ... ) |
волны. Аксиально-симметричные колебания обычно вы |
||
деляются |
посредством электронной |
селекции по стартовым |
токам*, |
В первой секции реализуется преимущественно ЛОВ режим и осу ществляется модуляция электронов пучка по скорости. В прост ранстве дрейфа электроны группируются в сгустки. Во второй секции реализуется преимущественно режим ЛБВ с эффективной передачей энергии сгустков в электромагнитное поле. Такое разде ление функций в достаточной степени условно, так как и модуля ция электронов в первой секции, и энергоотбор во второй сопро вождаются группировкой электронного потока в сгустки. Однако-^
оно в целом |
правильно отражает основные особенности рабо |
ты МВЧГ. |
|
Излучение |
во второй секции является многоволновым и имеет |
диаграмму направленности типа антенны бегущей волны. Из вто рой секции оно попадает в первую и осуществляет обратную связь в генераторе. Генерация излучения в любой отдельно взятой сек ции отсутствует. Оптимизация МВЧГ на предельный по мощности: режим генерации осуществляется в процессе многофакторного эксперимента. Оптимизируются длины секций и трубы дрейфа,, полная длина структуры, расстояние между пучком и структурой, магнитное поле, системы сопряжения на входе и выходе структу ры, плотность тока пучка.
МВЧГ является эффективным источником СВЧ-излучешщ в силу реализации в выходной секции распределения высокочастот ного поля, соответствующего режиму ЛБВ, и клистронного меха низма группировки, позволяющего получать компактные сгустки с малым разбросом электронов по скоростям. Существенная особен ность МВЧГ по сравнению с другими многоволновыми генератора ми, содержащими сверхразмерные структуры,— простота фиксации частоты и геометрии диаграммы направленности излучения. Ниже
приводятся |
результаты |
исследований |
МВЧГ |
3-см |
с |
D/X « 3 —5 |
||||||
[253, 263, |
317— 319] |
и 8-мм с |
DJX « |
13 |
|
[307, 320] |
диапазонов; |
|||||
длин волн. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.3.1. МВЧГ |
трехсантиметрового |
диапазона |
|
|
||||||
|
|
|
|
длин |
волн |
|
|
|
|
|
|
|
В первых исследованиях МВЧГ использовалась секциониро |
||||||||||||
ванная |
структура с |
периодом I = |
1,5 см, диаметром D = 8,4 см и |
|||||||||
полной |
длиной I/o = 48,6 см. Диафрагмы |
имели форму |
полуторов |
|||||||||
с малым радиусом го = 0,3 см. Исследовались |
два |
режима работы |
||||||||||
генератора: |
режим |
сравнительно |
малой |
( ~ 10 8 Вт) |
и |
большой |
||||||
( ~ 1 0 9 Вт) |
мощности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
первом режиме |
[317] использовался |
трубчатый |
пучок диа |
||||||||
метром |
- 6 |
см и током / ь « 7 кА, |
формируемый в КДМИ при на- |
asm
Рис. 5.5. Диаграмма направленности 0-по- |
Рис. 5.6. |
Характерные осцилло |
|||||
ляризованного излучения в генераторе с |
граммы |
напряжения |
на |
диоде |
|||
(а), тока коллектора |
(б) |
и СВЧ- |
|||||
однородной замедляющей структурой. |
излучения |
(в) в |
режиме малой |
||||
мощности |
(/& = |
7 |
кA, |
U = |
|||
|
|||||||
|
= 1 МВ) ; частота калибровочной |
||||||
|
синусоиды (г) — |
6 МГц. |
|||||
пряжении U = 1 МВ. Взаимодействие |
такого |
пучка с |
пространст |
венными гармониками поля замедляющей структуры осуществля лось в ЛОВ-режиме вблизи «я»-вида основных полос нескольких мод сверхразмерного волновода (Еои Е Н ц, . . . ) . В однородной длинной структуре L = 231 на переднем фронте импульса напря жения генерировалось излучение с длиной волны X = (3,3 ± ОД) см. Диаграмма направленности (рис. 5.5), поляризация и длина вол ны излучения соответствовали моде 2?оь Стартовый ток генератора
был — 3,5 кА. |
Мощность |
излучения |
составляла |
100 МВт, |
а длительность |
импульса по |
основанию |
Тсвч = 80 нс. В |
секциони |
рованной структуре МВЧГ генерировалось излучение в более ши роком диапазоне длин волн X = 3,07—3,42 см. При мощности 200 МВт Тсвч достигала 0,5—0,6 мкс. Характерные осциллограммы импульсов напряжения, тока коллектора и электромагнитного из лучения МВЧГ приведены на рис. 5.6. В диаграмме направленно
сти |
излучения присутствовали |
компоненты |
высокочастотного |
||||||
электрического |
поля Е ь и 2?ф. Причем, в |
отличие от |
генерации на |
||||||
моде £ 01, их мощности |
были |
сопоставимы. На |
рис. |
5.7, а приведе |
|||||
на |
диаграмма |
излучения для |
Е е |
компоненты |
при |
Во = 22,4 |
кГс. |
||
Зависимость |
мощности |
СВЧ-импульса |
от |
магнитного |
поля |
(рис. 5 .7, б) имеет минимум, соответствующий поглощению излу чения электронным потоком при синхронизме встречных волн с быстрой циклотронной волной [321]. Сравнение зависимостей Р {Во) (рис. 5.7,6) и тсвч (-Во) (рис. 5.7, в) показывает, что увели чение магнитного поля от 19,6 до 20,4 кГс приводит к увеличению мощности в 6 раз при близких значениях длительности Тсвч « 0,5— 0,6 мкс. Дальнейшее увеличение магнитного поля приводит к сла бому ( ~ 2 0 %) уменьшению мощности, в то время как тСвч умень шается в ~ 4 раза. Увеличение тока пучка в ~ 2 раза при том же напряжении на диоде привело практически к срыву генерации. Все
Рис. 5.7. |
Диаграмма направ |
||||
ленности 0 -компоненты высо |
|||||
кочастотного поля |
при |
В0 = |
|||
= 22,4 кГс |
(a), a |
также |
за |
||
висимости |
мощности |
(б) |
и |
||
длительности (в) СВЧ-излу- |
|||||
чения от |
|
магнитного |
поля; |
||
U = |
1 МВ, 1ь = |
7 кА. |
|
||
это указывает на существование оптимального |
тока генерации и: |
на важную роль магнитного поля в- настройке генератора.
Режим большой мощности [253] соответствовал напряжению*' на диоде U = 1,9—2,5 МВ и току пучка 1Ъ= 20— 25 кА при той же геометрии замедляющей структуры. Типичные осциллограммы им пульсов напряжения, тока на коллектор и СВЧ-излучения приве дены на рис. 5.8. Режиму МВЧГ соответствует первый по времени импульс СВЧ-излучения. Диаграмма направленности излучения содержала сопоставимые по мощности Е в и Е 9 компоненты элект
рического высокочастотного поля. На рис. 5.9, а приведена диаграм ма направленности для 0-поляризации при В = 21 кГс, которомусоответствует максимум в зависимости Р(Во) (рис. 5.9,6). Су щественной особенностью этого режима генерации является суже-
Рис. 5.8. Осциллограммы напряжения на: диоде (а), тока на коллектор (б) (штриховая линия — ток пучка без замедляющей структу
ры) и СВЧ-излучения в коротковолновой (в) и длинноволновой (г) частях сантиметрового диапазона в режиме большой мощности; ча
стота |
калибровочной |
синусоиды (б) — |
г |
6 МГц. |
|
|
|
â
Рис. |
5.9. Диаграмма направленности 0-поляризованпого высокочастотного по |
|||
ля при Во == 21 |
кГс (а) и зависимости мощности СВЧ-излучения от магнит |
|||
ного |
поля (б)„, |
соответствующие углам 0 = 0 ° (1) и |
17° (2); С/ = 1,9 |
МВ„ |
|
|
h — 20 кА. |
|
|
ние |
спектра излучения, длина волны излучения |
Я « (3 ,1 5 ± 0 ,1 ) |
см. |
|
При |
энергии |
электронов ге « 2 МэВ пучок |
взаимодействует |
с |
электромагнитным полем вблизи <<я»-вида. При этом усиливается влияние электронной на'грузкй, что и могло привести к сужению спектра. Увеличение напряжения на Диоде от 1,9 До 2,5 МВ при вело к росту мощности от 2 —3 до 5 ГВт при длительности им пульса Тсвч ~ 30— 50 нс. КПД генератора возрастал с увеличением напряжения на диоде (энергии электронов) до 10% . Использова ние диафрагменной линии с дифракционными потерями излучения
вместо гладкой |
трубы дрейфа позволило |
увеличить моЩйость до^ |
||
6 - 7 |
ГВт, а КПД до 15 % >[32É]. |
|
|
|
|
Более детально был исследован МВЧГ с увеличенным диамет |
|||
ром |
структуры |
D = 14 см [263]. Период |
I = 1,5 |
см и радиус ди |
афрагм го = 0,3 |
см были такими же, как и в предыдущем М ВЧГ |
|||
с D/X « 3. Исследования проводились в широком диапазоне токов |
||||
пучка Д = 5 —35 кА и напряжений на |
диоде |
U = 0,8— 2,1 МВ. |
В экспериментах регулировался диаметр пучка (расстояние между пучком и структурой). Использовались секционированные струк туры с различным соотношением длин секций и трубы дрейфа, а также однородные структуры. Каждый из вариантов структуры оптимизировался по току пучка и магнитному полю.
Выполненные исследования позволили реализовать МВЧГ на длине волны Я « (3 ,1 5 ± 0 ,1 ) см с выходной мощностью до 15 ГВт, КПД « 5 0 % и длительностью импульса по основанию тСвч ~ 60 нс:
при U = 2,1 |
МВ и 1Ъ« 15 кА. Оптимальная линейная плотность, |
||
тока пучка |
в МВЧГ / л = Д/(2ш ь) « 0,5 кА/см. Мощность макси |
||
мальна в сравнительно узком диапазоне |
параметров |
пучка. Так,, |
|
уменьшение напряжения на диоде и тока |
пучка на < 1 0 % приво |
||
дит к уменьшению мощности в ~ 2 раза. |
Ситуация |
аналогична и |
при изменении диаметра пучка. В указанном выше диапазоне па раметров максимальная мощность, получаемая в генераторе с од нородной структурой, была на порядок меньше, чем в МВЧГ, и не* превышала 1 ГВт.
Приведем основные результаты исследований МВЧГ в режиме* максимальной мощности. Типичные осциллограммы для этого ре-
Рис. |
5.10. Характерные |
осциллограммы |
напряжения на диоде (а), тока на коллек |
||
тор (б) и СВЧ-излучения (в) в режимо |
||
максимальной мощности, |
частота калиб- |
|
а |
ровочной синусоиды (г) 6 МГц. |
жима приведены на рис. 5.10. В диа грамме направленности излучения (рис. 5.11) присутствует излучение
6с 0- и ф-поляризациями. Распреде ление с 0-поляризацией является близким к распределению, соответст вующему моде Ет круглого волно вода. Наличие двух поляризаций
электрического поля, а также боль- S шой разброс мощности, регистрируе-
?мой в центре диаграммы направлен ности, по-видимому, обусловлены
нарушением аксиальной симметрии электронного пучка в процес се генерации. Отклонение диаграммы направленности от аксиаль но-симметричной может составлять 20 — 30 %. Мощность излуче ния с 0-поляризацией в ~ 2 раза больше, чем с ф-поляризацией. С уменьшением мощности генератора доля излучения с ф-поляри-
зацией уменьшается. Спектры излучений с 0- |
и ф-поляризациями |
и длины волн А,ц~ 3 ,1 8 см, соответствующие |
центрам контуров, |
ne |
различаются |
[323]. |
На |
рис. 5.12 |
Р,отн.ед. |
|
||||||
приведены |
суммарные |
результаты |
из |
|
|
|
||||||
мерений |
спектральных |
характеристик |
1,0 |
|
|
|||||||
излучения МВЧГ в разных точках диа |
|
|
|
|||||||||
граммы и для двух поляризаций, по |
|
|
|
|||||||||
лученные с помощью полосно-пропуска- |
|
|
|
|||||||||
ющего фильтра с относительной шири |
|
|
|
|||||||||
ной инструментального контура на по- |
0,5 |
|
|
|||||||||
лувысоте 0,5 %. Типичная относитель |
|
|
||||||||||
ная ширина контура излучения на по |
|
|
|
|||||||||
ловине высоты была 1 %. С учетом ин |
|
|
|
|||||||||
струментального |
контура |
фильтра |
и |
|
|
|
||||||
разброса |
спектральных |
характеристик |
|
|
|
|||||||
от импульса к импульсу ширина спект |
3,13 3,17 5,21 |
5,25 А,см? |
||||||||||
ра излучения на полувысоте составляет |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
0,5 %. Это согласуется с измерениями, |
Рис. 5.12. |
Спектр |
излучения |
|||||||||
в |
которых |
через |
фильтр |
с |
полосой |
|
МВЧГ. |
|
||||
0,5 %, настроенный на длину волны, |
|
|
|
|||||||||
близкую к центральной, проходило от 40 до 80% |
мощности, посту |
павшей в измерительный тракт. Оценочные расчеты естественной ширины спектров показали, что основная мощность сосредоточена в пределах основного лепестка, а характерные ширины на полувы соте вычисленных (« 0 ,2 —0 ,5 % ) и измеренных f « 0 ,5 % ) спект ров хорошо согласуются. Это свидетельствует о высокой монохро матичности генерируемого излучения.
Зависимость мощности СВЧ-излучения от |
радиуса |
пучка' |
(рис. 5.13, а) может быть объяснена изменением |
условий |
взаимо |
действия потока и поля. Для данной энергии электронов при опре деленном положении потока достигается оптимальная связь, кото рая характеризуется локализацией максимума первой гармоники;
пучка (а) и магнитного поля (б).,
а : 1 — U —1,8 МВ, 1Ь = 13 KAÎ 2 — 1 7 - 2 , 1 МВ, 1Ъ = 15 кА‘, BQ= 2 4 ,5 кГс; б: С/= 2,1 МВ,. lb — 15 кА, гъ!гъ т ю :~ 0>94; 1 — плавное соединение волновода с первой секцией эле
ктродинамической структуры. 2 — скачкообразное.
'тока во второй секции и насыщением выходного сигнала в конце •замедляющей структуры. При отклонении пучка от оптимального положения максимум первой гармоники может приходиться на область вне второй секции и мощность генерации падает.
Зависимость мощности СВЧ-излучения от магнитного поля приведена на рис. 5.13, б. Пульсация кривой 1 показывает сущест венное влияние магнитного поля на энергообмен в системе. Это влияние типично для режимов комбинированного типа с сочетани ем черенковского взаимодействия и циклотронного резонанса, в частности, циклотронного поглощения и усиления МЦР на ано
мальном эффекте Доплера |
[321] . Характер энергообмена |
зависит |
||
от |
условий |
согласования электродинамической системы на |
концах |
|
и |
секций с |
трубой дрейфа. При хорошем согласовании, |
соответ |
|
ствующем |
минимальной добротности электродинамической систе |
|||
мы (кривая i, рис. 5 .1 3 ,6 ), |
мощность максимальна* яри |
наруше |
нии согласования она падает. В .частности, резкое изменение диа метра волновода на входе первой секции уменьшило мощность ге нерации (кривая 2, рис. 5 .1 3 ,6 ). Возможность получения опти мального энергообмена при минимальных добротностях является
характерным свойством МВЧГ. |
|
В |
МВЧГ с D/k « 5 исследовалась пространственная локализа |
ция |
взаимодействия электронного потока и электромагнитного |
поля |
[324]. Для этого либо в одной, либо в обеих секциях элек |
тродинамической системы диафрагмы закрывались наполовину по азимуту металлическими листами. Волновое поле визуализирова лось с помощью табло из люминесцентных ламп, светящихся под воздействием СВЧ-излучения. Сравнивались картины свечения без и при наличии экранировки диафрагм. При наличии экранировки наблюдалась азимутальная локализация свечения со стороны, про тивоположной месту расположения неэкранированных диафрагм. Эта картина слабо зависела от того, экранируется первая или вто рая секция, или обе сразу с одной стороны. При экранировке раз ных секций с противоположных сторон генерация не возникла. Эти "факты соответствуют механизму излучения типа антенны поверх ностной волны. Они свидетельствуют об определяющей роли волн, распространяющихся вблизи поверхности элементов электродина мической системы, в реализации обратной связи, а также о су щественной азимутальной локализации электронно-волнового взаи модействия в МВЧГ.
Следует отметить, что генерирование гигаваттных импульсов СВЧ-излучения в МВЧГ с D/к ~ 3 —5 сопровождалось рядом фи зических процессов, таких как образование плазмы на поверхно сти структуры, разрушение пучка и эрозия структуры, генерация длинноволнового излучения и т. д. Эти процессы будут рассмот рены отдельно.
5.3.2. МВЧГ восьмимиллиметрового диапазона длин волн
Дальнейшее пространственное развитие (D/X « 13) электроди намической структуры реализовано в МВЧГ миллиметрового диа пазона длин волн [320]. При этом исследовалось взаимодействие пучка и поля в ЛБВ и ЛОВ-ЛБВ («я»-вид) режимах. Режимы подбирались путем изменения геометрии диафрагм. В эксперимен
тах использовались |
двухсекционные структуры |
с диаметром |
D = |
||
= 11,8 см и периодом 1 = 4 |
мм. |
Диафрагмы представляли |
собой |
||
полуторы с радиусом |
го = 1,0 |
и 1,2 |
мм, а также |
усеченные полуто- |
ры высотой ho = 0,8 мм. Напряжение на диоде и ток пучка регули ровались в пределах U = 0,9—2,1 МВ, / ь = 7— 15 кА. Предвари тельные расчеты показали, что дисперсионные характеристики поверхностных волн, соответствующих модам Ео\, Е Н ц —ЕНц ци линдрического волновода, сливаются и отделены от дисперсионных кривых мод объемного поля характерным интервалом, дающим возможность обеспечить условия селекции.
Режимы ЛБВ были реализованы в двухсекционных структу рах с радиусом скругления диафрагм го = 1,0 и 1,2 мм. Оптимиза ция МВЧГ позволила получить импульсы СВЧ-излучения мощ
ностью |
~ 1 0 9 Вт |
при длительности по основанию |
Тсвч ~ 60—70 |
нс. |
|||
Для структуры с |
го = 1 ,0 мм максимальная мощность |
1,8 ГВт |
по |
||||
лучена |
на |
длине волны X ~ 9,2 мм Çkn ~ 8,8 |
мм) |
при |
U = 1 ,7 |
МВ, |
|
1Ь= 10 |
кА. |
КПД |
генератора составлял 10% . |
В |
случае структуры |
с го= 1,2 мм максимальная мощность 3 ГВт наблюдалась на длине
волны |
= 9,72 |
мм (Ал ~ 9,1 мм) |
при |
U = 1 ,2 |
МВ, |
/ ь= 1 2 |
кА |
(КПД |
~ 2 0 % ) . |
Таким образом, отстройка от длины |
волны |
А,*, |
|||
соответствующей |
«я»-виду, достигала |
0,6 |
мм, или |
^ 7 % . При |
ис |
пользовании секций с одинаковым периодом, но с разными диафраг
мами длина волны определялась второй секцией. |
|
|
|||||
|
Рассмотрим более подробно результаты исследований ЛБВ ре |
||||||
жима в МВЧГ с го =• 1,2 мм. Измеренный |
спектр |
излучения |
имел |
||||
ширину |
на полувысоте спектральной линии 0,7 % |
(рис. 5.14, а). |
|||||
С |
учетом полосы |
пропускания |
фильтра |
0,2 % |
ширина |
спект |
|
ра |
не |
превышает |
0 ,5 %. Так |
как спектр |
регистрировался |
за несколько импульсов, то нестабильность амплитуды напряжения могла привести к дополнительному уширению спектра. Измеренное
пространственное |
распределение интенсивности |
Ё'е-составляющей |
|||
высокочастотного |
поля |
имеет |
основной |
максимум |
под углом 0 = |
= 11° и узкий пик при |
0 = 0 |
(рис. 5.14, |
б), который, по-видимому, |
обусловлен разъюстировкой пучка в электродинамической структу ре. Интенсивность составляющей £ ф быстро падает с ,увеличением угла 0, и ее интегральное значение не превышает 10 % от полной мощности. Изменение напряжения в пределах 0,9 — 1,3 МВ позво
ляло перестраивать длину волны |
генератора |
в диапазоне Кп = |
|
= 9,20 — 9,73 мм. При отклонении |
напряжения |
от оптимального |
|
Uопт= 1 ,2 |
МВ и неизменных геометрических параметрах мощность |
||
излучения |
существенно уменьшается. Так, при |
увеличении напря- |
|
|
|
Р отн.сд. |
|
Рис. |
|
5.14. |
|
Спектр |
излучепин |
||||||
|
|
|
|
|
МВЧГ в режиме ЛБВ (сплошная |
|||||||||||
|
|
|
|
|
линия) |
|
и |
полоса |
|
пропускания |
||||||
|
|
|
|
|
фильтра |
(штриховая) |
(а); диа |
|||||||||
|
|
|
|
|
грамма направленности 0- (1) и |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ф-поляризованного (2) излуче |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ния |
(б); |
зависимости |
мощности |
||||||||
|
|
|
|
|
излучения (2) и КПД (2) от дли |
|||||||||||
|
|
|
|
|
ны волны |
при |
неизменной4' гео |
|||||||||
|
|
|
|
|
метрии |
|
|
электродинамической |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структуры |
(в). |
|
|||||
|
Р,отн.ед. |
|
|
|
женил на диоде до 1,3 МВ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
длина |
волны |
увеличивается |
|||||||||
|
|
|
|
|
на |
~ 0,015 |
мм, |
а |
мощность |
|||||||
|
|
|
|
|
падает в 2 раза (рис. 5.14,б ). |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Режим ЛОВ-ЛБВ был |
|||||||||
|
|
|
|
|
реализован |
в |
МВЧГ |
с |
диа |
|||||||
|
|
|
|
|
фрагмами, |
форма |
которых |
|||||||||
|
|
|
|
|
близка |
|
к |
|
прямоугольной. |
|||||||
|
|
|
|
|
В |
|
оптимизированном |
гене |
||||||||
|
|
|
|
|
раторе |
|
получено |
излуче |
||||||||
|
|
|
|
|
ние |
на |
длине |
волны |
Яц = |
|||||||
|
|
|
|
|
= |
8,62 |
|
мм |
|
(Хл & 8,62 |
мм); |
|||||
|
|
|
|
|
с мощностью 1,5 ГВт, дли |
|||||||||||
|
|
|
|
|
тельностью |
импульса по ос |
||||||||||
|
|
|
|
|
нованию |
60— 70 |
нс и шири |
|||||||||
|
|
|
|
не лц,мм ной |
|
спектральной |
|
линии |
||||||||
|
|
|
|
|
с |
учетом |
|
инструментально |
||||||||
го |
контура |
режекторного |
фильтра |
0 ,2 % . |
При |
этом |
напряжение |
|||||||||
на |
диоде |
U = |
1,1 МВ, |
ток пучка |
h = |
10 |
кА, |
КПД = |
15 %. |
|||||||
Стартовые |
токи |
этого |
генератора |
были |
существенно |
меньше, |
чем для МВЧГ в ЛБВ режиме, что потребовало укорочения секций электродинамической структуры и увеличения зазора меж ду структурой и пучком для запуска генератора в момент макси мальных значений напряжения и тока. Структура электрического поля излучения аналогична структуре поля для режима ЛБВ. Спектральные измерения в различных участках диаграммы и для 0- и <р-поляризации с шагом перестройки полосно-пропускающего фильтра 0,05 % показали идентичность контуров спектральных ли ний. При изменении напряжения на диоде в пределах 0,9— 1,3 МВ длина волны излучения изменялась на 0,2 %. Согласно оценкам,
измеренная ширина спектра излучения на полувысоте |
(« 0 ,2 % ) |
близка к естественной (« 0 ,1 % ), обусловленной конечной |
длитель |
ностью импульса. Это указывает на высокую степень временной когерентности излучения МВЧГ с D/X « 13.
Чтобы генератор работал в режиме ЛОВ-ЛБВ с аксиально симметричным типом колебаний, требуется более тщательная на стройка, чем в режиме ЛБВ. Если длины секций генератора и диа метр пучка отличны от оптимальных, наблюдалась генерация в широком спектре частот. Диаграмма излучения представляла собой