Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Срочные публикации в журналах ВАК и зарубежных журналах Скопус (SCOPUS)!




Разделы: Электроника
Размещена 14.05.2014. Последняя правка: 14.05.2014.

Мощные гиротроны

Козловский Алексей Павлович

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Магистрант кафедры проектирования информационно-компьютерных систем

Научный руководитель: Гременок Валерий Феликсович, доктор физико-математических наук, профессор


Аннотация:
При разработке гиротронов, способных работать в режиме длинных импульсов или непрерывной генерации, серьезной проблемой является обеспечение интенсивного теплоотвода от стенок резонатора, нагревающихся из-за омических потерь СВЧ-мощности. Эти удельные тепловые нагрузки понижаются при создании гиротронов с развитым пространством взаимодействия. В свою очередь, по мере увеличения размеров резонатора возрастают трудности селекции мод, поэтому выбор рабочего типа колебаний в длинноимпульсном гиротроне обычно является результатом компромиссного решения проблем селекции мод и омических нагрузок в резонаторе. Примером решения этих проблем является описанные в настоящей статье мощные гиротроны.


Abstract:
In developing gyrotrons capable of working in a long pulse mode or continuous generation , a serious problem is to ensure intensive heat removal from the cavity walls , the heating due to ohmic losses of microwave power . These specific heat load drop when creating gyrotron with developed space interaction. In turn, increasing the size of the cavity increases the difficulty mode selection , so the choice of working type oscillations in the long pulse gyrotron is usually the result of a compromise addressing mode selection and resistive loads in the cavity. An example of solving these problems is described in this article power gyrotron.


Ключевые слова:
гиротрон, селекция мод

Keywords:
girotron, selection mode


УДК: 621

1. Мощный высокоэффективный гиротрон 3-миллиметрового диапазона
Данный гиротрон с длиной волны излучения  .предназначен для получения выходной мощности 0,5 - 1 МВт при длительности импульса Т = 1 с, рабочем напряжении пучка U0 = 70 кВ. Гиротрон был рассчитан на работу в магнитном поле, создаваемом стандартной криомагнигной системой, разработанной для СВЧ-комплексов токамаков Т-10 и Т-15.
Предварительный анализ показал, что целесообразным является выбор в качестве рабочей моды Нm,р,1 с радиальным индексом р = 3, поскольку у мод с р = 1,2 велики омические потери в резонаторе, а при работе на модах с    велико провисание потенциала пучка в области взаимодействия (при условии, что для обеспечения электронной селекции пучок вводится вблизи каустики).


Зависимость выходной мощности гиротрона от магнитного поля (спектр мод)
 
Рис. 1. Зависимость выходной мощности гиротрона от магнитного поля (спектр мод)

Выходные характеристики гиротрона снимались при использовании водяной калориметрической нагрузки для значений U0 = 50, 60 и 70 кВ, длительности импульса и в широком диапазоне токов (от 5 до 60 А). При изменении магнитного поля наблюдалась генерация рабочей моды Н11,3, 1 либо соседних Н15,2,1 (выше по магнитному полю) и Н14,2,1 , (ниже по магнитному полю). Излучения, соответствующего другим резонансным модам Н1,7,1  и Н8,4,1 - не отмечалось. Зависимости выходной мощности гиротрона от магнитного поля для двух значений тока пучка и U0=70 кВ приведены на рис. 1. Видно, что рабочая мода Н11,3,1 достаточно хорошо отселектирована и превосходит по мощности соседние моды Нm,2,1.
 
Выходные характеристики гиротрона

Рис. 2. Выходные характеристики гиротрона

На рис. 2 приведены зависимости выходной мощности и КПД рабочей моды Н11,3,1 от тока пучка. Наибольшая мощность 1,5 МВт была получена при КПД 36%. Максимальный КПД 51% был реализован при уровне выходной мощности 1 МВт.
Таким образом, оптимизация электронно-оптической и электродинамической систем позволила создать гиротрон с длиной волны 3,6 мм, в котором получена генерация СВЧ-мощности свыше 1 МВт при КПД около 50 %. [1].
 
2. Мощный гиротрон на высоких модах связанных резонаторов с трансформацией мод
Для создания мощных источников когерентного излучения на длинах волн   необходимо обеспечить селективное возбуждение рабочей моды в пространственно развитых электродинамических системах. Для решения этой задачи в гиротронах было предложено использовать связанные резонаторы с трансформацией мод (СРТМ), отличающиеся эффективной селекцией мод по поперечным индексам.
Особенностью задачи селекции мод в гиротронах является то, что максимальный КПД на рабочей моде достигается при такой расстройке магнитного поля, когда стартовый ток этой моды значительно больше, чем ее минимальный стартовый ток. Поэтому при высокой плотности спектра резонансных мод паразитные моды, близкие к рабочей по частоте и эффективности взаимодействия с электронным пучком, могут подавлять рабочую моду в зоне ее высокого КПД, что вынуждает перестраивать гиротрон на заведомо неоптимальный режим работы. Особенно сильное отрицательное влияние оказывает конкуренция мод на работу гиротронов на гармониках гирочастоты, в которых активными паразитными модами могут быть все моды на низших гармониках, обладающие в традиционных резонаторах преимуществами по возбуждению над рабочей модой.
СРТМ состоит из секций круглого волновода разного диаметра, соединенных более или менее плавным (возможно, скачкообразным) переходом (рис. 3). Эти секции (парциальные резонаторы) возбуждаются на парциальных модах, имеющих одинаковые собственные частоты и трансформирующихся друг в друга в переходной области 3. Исходя из аксиальной симметрии СРТМ, очевидно, что взаимная трансформация мод и сильная связь резонаторов 1 и 2 имеют место лишь при совпадении азимутальных индексов парциальных мод и Нm,р1 и Нm,р2.
Связанные резонаторы с трансформацией мод
 
Рис. 3. Связанные резонаторы с трансформацией мод

При определенных условиях поля высокодобротной нормальной моды Нm,р1 - Нm,р2 в обеих полостях сравнимы по величине и электронный пучок взаимодействует с ВЧ-полем по всей длине связанной системы [2].

Библиографический список:

1. Венедиктов Н.П., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н.. Мощный высокоэффективный гиротрон 3-миллиметрового диапазона // Гиротроны: Сб. науч. гр. / ИПФ АН СССР. Горький, 1989. С. 12..
2. Гольденберг А. Л., Малыгин В. И., Павельев А. Б., Павельев В. Г., Пылин А. В., Цимринг Ш. Е. Мощный гиротрон на высоких модах связанных резонаторов с трансформацией мод // Гиротроны: Сб. науч. тр. / ИПФ АН СССР. Горький, 1989. С. 40.




Рецензии:

12.06.2014, 0:47 Каменев Александр Юрьевич
Рецензия: Статья актуальна, содержит элементы новизны, полученной в результате экспериментальных исследований, проведённых автором. Однако следует выделить такие серьезные, как для научной публикации, недостатки: отсутствие структурирования материала (введение, постановка проблемы, цель, результаты исследования, выводы); недостаточность как для научной статьи источников информации (их всего два); дефицит ссылок на источники по тексту. В аннотации следовало бы больше сконцентрировать внимание на кратком описании результатов работы, а описание актуальности перенести во введение. Индекс УДК следовало бы детализировать (указать более конкретно предметную область исследования в нём). После устранения замечаний статься может быть рекомендована к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх