О сокращении длительности переходного процесса генерации в релятивистском генераторе бегущей волны диапазона 2.4 GHz на основе полой замедляющей системы

Abstract

Численно и экспериментально продемонстрировано уменьшение длительности переходного процесса генерации в релятивистском СВЧ генераторе бегущей волны, в котором взаимодействие осуществляется между релятивистским электронным пучком и основной гармоникой попутной электромагнитной волны, замедленной до скорости света в полой замедляющей системе. Показано, что в данном режиме достигается высокое сопротивление связи пучка с волной вплоть до ≈ 10 , что обеспечивает сокращение переходного процесса. В эксперименте получена пиковая мощность микроволновой генерации 210 ± 40 MW на часто-те 2.45 GHz в ведущем магнитном поле 0.16 Т. Эффективность генератора по преобразованию мощности электронного пучка в электромагнитное излучение составила 17 ± 3%. При длительности импульса тока пучка около 50 ns длительность микроволнового импульса составила около 20 ns, а время переходного процесса около 22 ns. ВведениеТипичное время установления СВЧ колебаний в ре-лятивистских черенковских СВЧ генераторах на ос-нове полых замедляющих систем, например в лампе обратной волны (ЛОВ), составляет около 100T , где T -период колебаний. Это обстоятельство требует достаточной длительности импульса тока пучка, что сужает круг импульсных высоковольтных источников, которые могут быть использованы для питания данных генераторов, а также создает трудности при их про-движении в более низкочастотный диапазон. Известно, что принципиальное значение для возможности возбуж-дения черенковских генераторов имеет сопротивление связи (Z) электронного пучка с синхронной гармоникой, которое, в частности, определяет время установления СВЧ колебаний (длительность переходного процесса). Так, например, в релятивистской лампе обратной волны на основе коаксиального волновода (КРЛОВ) расчет-ное время раскачки колебаний составляло ≈ 30T , для частоты генерации 1.25 GHz при сопротивлении связи электронного пучка с синхронной " −1" гармоникой волны TEM около Z 1 ≈ 10[1]. Однако в процессе экспериментальных исследований КРЛОВ был выявлен ряд недостатков данной схемы: сложная система крепле-ния и юстировки центрального проводника коаксиальной линии (нарушение юстировки приводит к возбуждению конкурирующих несимметричных колебаний), необходи-мость использования сильных ведущих магнитных полей для транспортировки электронного пучка [1]. Короткое время переходного процесса также достигается в гене-раторах на основе виртуального катода [2]. Однако эф-фективность этих приборов невелика, и наличие анодной сетки, постепенно разрушающейся под действием потока электронов, существенно ограничивает возможность их практической эксплуатации в длительных импульсно-периодических режимах.Механизм, в котором предварительно промодулиро-ванный электронный пучок взаимодействует с основной гармоникой попутной волны, фазовая скорость которой замедлена в полой замедляющей системе (ЗС) до скоро-сти света, был предложен и реализован в работах [3,4]. Было показано [5], что в этом случае также достигается сильная (величина Z может доходить до ≈ 10 ) связь электронного пучка с электромагнитной волной и со...