Исследование перестраиваемого гиротрона на конусообразном волноводе

Приводятся результаты расчетов нелинейной модели перестраиваемого по частоте гиротрона на конусообразном волноводе и основной волне TE01. Показано, что диапазон перестройки может достигать 2,8 %. Чтобы расширить данную полосу, необходимо удлинить конусообразную часть волновода без изменения угла увеличения радиуса волновода.

Волновой КПД расширяющегося вдоль оси волновода составляет 21 % на рабочей частоте 10 ГГц. Чтобы достичь данных показателей, необходимо электромагнит гиротрона разделить на две части – основной электромагнит и вспомогательный, который имеет ограниченную длину и может перемещаться вдоль волновода. Второй магнит можно выполнить в виде набора отдельных электромагнитов ограниченной длины. Набор электромагнитов должен заполнять всю длину конусообразного волновода. Выполнение данного условия позволит перемещать резонансное магнитостатическое поле вдоль волновода путем переключения тока в катушках указанного набора электромагнитов, что позволит исключить механическое перемещение вспомогательного электромагнита. На частоте 200 ГГц волновой КПД уменьшается до 15 %, при этом омические потери в стенках волновода составляют 3 % от мощности электронного потока.

Была исследована зависимость КПД гиротрона от начального углового разброса скоростей электронов, сделан вывод о том, что начальный угловой разброс скоростей электронов очень слабо влияет на КПД перестраиваемого гиротрона.

Волновой КПД сужающегося по длине волновода может достигать 29 % на частоте 200 ГГц, омические потери в стенках медного волновода составляют 4 % от мощности электронного потока. Расчеты показали, что гиротронная лампа обратной волны с сужающимся вдоль оси волноводом более эффективна, чем вариант гиротронной лампы бегущей волны. Однако в обоих вариантах синхронное значение магнитостатического поля должно смещаться вдоль оси в зависимости от требуемой рабочей частоты, иначе происходит или перегруппировка электронного потока, или обратная отдача энергии высокочастотным полем электронному потоку.

1. Гапонов, А. В. Мазеры на циклотронном резонансе / А. В. Гапонов, М. И. Петелин, В. К. Юлпатов // Изв. вузов. Радиофизика. – 1967. – Т. 10, № 9/10. – С. 1414–1453.

2. Братман, В. Л. Теория гиротронов с низкодобротными электродинамическими системами / В. Л. Братман, М. А. Моисеев, М. И. Петелин // Гиротрон: сб. науч. тр. – Горький: ИПФ АН СССР, 1981. – C. 122–145.

3. Братман, В. Л. Перестройка частоты в гиромонотроне с электродинамической системой в виде конического волновода / В. Л. Братман, С. Л. Новожилов, М. И. Петелин // Электронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. – 1976.– № 11. – C. 46–49.

4. Колосов, С. В. Компьютерная программа Gyro-K для разработки и проектирования гирорезонансных приборов / С. В. Колосов, И. Е. Зайцева // СВЧ электроника. – 2017. – № 2.– C. 44–46.

5. Колосов, С. В. Уравнения возбуждения нерегулярных волноводов с конечной проводимостью стенок / С. В. Колосов, А. А. Кураев, А. В. Сенько // Техника и приборы СВЧ. – 2009. – № 2. – C. 8–13.

6. Свешников, А. Г. К обоснованию метода расчета распространения электромагнитных колебаний в нерегулярных волноводах / А. Г. Свешников // Журн. вычисл. математики и мат. физики. – 1963. – Т. 3, № 2. – C. 314–326.

7. Никольский, В. В. Теория электромагнитного поля / В. B. Никольский. – М.: Высш. шк., 1961. – 372 с.

8. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика: в 10 т. / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.: Наука, 1988. – Т. 2: Теория поля. – 512 с.