Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения
В работе рассмотрены возможности использовать клинотронные эффекты для повышения эффективности взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем в генераторах дифракционного излучения (ГДИ). Экспериментальное исследование влияния клинотронного эффекта на работу ГДИ проведено в генераторах с дополнительн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105996 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения / М.Ю. Демченко, В.Г. Курин, Е.Б. Сенкевич // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 3. — С. 64-68. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105996 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Демченко, М.Ю. Курин, В.Г. Сенкевич, Е.Б. 2016-09-14T16:55:15Z 2016-09-14T16:55:15Z 2013 Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения / М.Ю. Демченко, В.Г. Курин, Е.Б. Сенкевич // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 3. — С. 64-68. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105996 535.33:621.372 В работе рассмотрены возможности использовать клинотронные эффекты для повышения эффективности взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем в генераторах дифракционного излучения (ГДИ). Экспериментальное исследование влияния клинотронного эффекта на работу ГДИ проведено в генераторах с дополнительным (отклоняющим) электродом, а также в ГДИ, когда электронный поток вводится в пространство взаимодействия посредством рассредоточивающих скосов. Показано, что процесс взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем сопровождается сопутствующими этому процессу клинотронными эффектами, существование которых обусловлено неустранимыми пульсациями электронного потока. Повышение коэффициента использования электронного потока позволяет не только уменьшить пусковые токи генератора, но и получить более высокую мощность генерации при низких величинах индукции магнитного фокусирующего поля. Ил У роботі розглянуто можливості використовувати клінотронні ефекти для підвищення ефективності взаємодії електронного потоку з ВЧ-полем у генераторах дифракційного випромінювання (ГДВ). Експериментальне дослідження впливу клінотронного ефекту на роботу ГДВ проведено в генераторах з додатковим (відхиляючим) електродом, а також у ГДВ, коли електронний потік вводиться в простір взаємодії за допомогою скосів, що розосереджують. Показано, що процес взаємодії електронного потоку з ВЧ-полем супроводжується супутніми цьому процесу клінотронними ефектами, існування яких обумовлено неусувними пульсаціями електронного потоку. Підвищення коефіцієнта використання електронного потоку дозволяє не тільки зменшити пускові струми генератора, а й отримати більш високу потужність генерації при низьких величинах індукції магнітного фокусуючого поля. The using of clynotron effects to enhance the interaction efficiency of the electron beam with a HF field in the diffraction radiation oscillators (DRO) is discussed in this paper. Experimental study of the clynotron effect carried out in the DRO with additional (deflection) electrode, as well as in DRO, when the electron beam is entered into the interaction space through disperses bevels. It is shown that clynotron effects, the existence of which is due to non-removable fluctuations of the electron beam, accompany the interaction of the electron beam with the HF field. Increasing the ratio of the electron beam using cannot only reduce the starting current of the DRO, but also give higher generation power at low values of the magnetic focusing field. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Вакуумная и твердотельная электроника Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения Експериментальне дослідження клінотронних ефектів у генераторі дифракційного випромінювання Experimental investigation of clynotron effect in the diffraction radiation oscillator Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| spellingShingle |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения Демченко, М.Ю. Курин, В.Г. Сенкевич, Е.Б. Вакуумная и твердотельная электроника |
| title_short |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| title_full |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| title_fullStr |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| title_sort |
экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения |
| author |
Демченко, М.Ю. Курин, В.Г. Сенкевич, Е.Б. |
| author_facet |
Демченко, М.Ю. Курин, В.Г. Сенкевич, Е.Б. |
| topic |
Вакуумная и твердотельная электроника |
| topic_facet |
Вакуумная и твердотельная электроника |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Радіофізика та електроніка |
| publisher |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Експериментальне дослідження клінотронних ефектів у генераторі дифракційного випромінювання Experimental investigation of clynotron effect in the diffraction radiation oscillator |
| description |
В работе рассмотрены возможности использовать клинотронные эффекты для повышения эффективности взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем в генераторах дифракционного излучения (ГДИ). Экспериментальное исследование влияния клинотронного эффекта на работу ГДИ проведено в генераторах с дополнительным (отклоняющим) электродом, а также в ГДИ, когда электронный поток вводится в пространство взаимодействия посредством рассредоточивающих скосов. Показано, что процесс взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем сопровождается сопутствующими этому процессу клинотронными эффектами, существование которых обусловлено неустранимыми пульсациями электронного потока. Повышение коэффициента использования электронного потока позволяет не только уменьшить пусковые токи генератора, но и получить более высокую мощность генерации при низких величинах индукции магнитного фокусирующего поля. Ил
У роботі розглянуто можливості використовувати клінотронні ефекти для підвищення ефективності взаємодії електронного потоку з ВЧ-полем у генераторах дифракційного випромінювання (ГДВ). Експериментальне дослідження впливу клінотронного ефекту на роботу ГДВ проведено в генераторах з додатковим (відхиляючим) електродом, а також у ГДВ, коли електронний потік вводиться в простір взаємодії за допомогою скосів, що розосереджують. Показано, що процес взаємодії електронного потоку з ВЧ-полем супроводжується супутніми цьому процесу клінотронними ефектами, існування яких обумовлено неусувними пульсаціями електронного потоку. Підвищення коефіцієнта використання електронного потоку дозволяє не тільки зменшити пускові струми генератора, а й отримати більш високу потужність генерації при низьких величинах індукції магнітного фокусуючого поля.
The using of clynotron effects to enhance the interaction efficiency of the electron beam with a HF field in the diffraction radiation oscillators (DRO) is discussed in this paper. Experimental study of the clynotron effect carried out in the DRO with additional (deflection) electrode, as well as in DRO, when the electron beam is entered into the interaction space through disperses bevels. It is shown that clynotron effects, the existence of which is due to non-removable fluctuations of the electron beam, accompany the interaction of the electron beam with the HF field. Increasing the ratio of the electron beam using cannot only reduce the starting current of the DRO, but also give higher generation power at low values of the magnetic focusing field.
|
| issn |
1028-821X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105996 |
| citation_txt |
Экспериментальное исследование клинотронных эффектов в генераторе дифракционного излучения / М.Ю. Демченко, В.Г. Курин, Е.Б. Сенкевич // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 3. — С. 64-68. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT demčenkomû éksperimentalʹnoeissledovanieklinotronnyhéffektovvgeneratoredifrakcionnogoizlučeniâ AT kurinvg éksperimentalʹnoeissledovanieklinotronnyhéffektovvgeneratoredifrakcionnogoizlučeniâ AT senkevičeb éksperimentalʹnoeissledovanieklinotronnyhéffektovvgeneratoredifrakcionnogoizlučeniâ AT demčenkomû eksperimentalʹnedoslídžennâklínotronnihefektívugeneratorídifrakcíinogovipromínûvannâ AT kurinvg eksperimentalʹnedoslídžennâklínotronnihefektívugeneratorídifrakcíinogovipromínûvannâ AT senkevičeb eksperimentalʹnedoslídžennâklínotronnihefektívugeneratorídifrakcíinogovipromínûvannâ AT demčenkomû experimentalinvestigationofclynotroneffectinthediffractionradiationoscillator AT kurinvg experimentalinvestigationofclynotroneffectinthediffractionradiationoscillator AT senkevičeb experimentalinvestigationofclynotroneffectinthediffractionradiationoscillator |
| first_indexed |
2025-11-26T06:18:55Z |
| last_indexed |
2025-11-26T06:18:55Z |
| _version_ |
1850615106830860288 |
| fulltext |
ВВААККУУУУММННААЯЯ ИИ ТТВВЕЕРРДДООТТЕЕЛЛЬЬННААЯЯ ЭЭЛЛЕЕККТТРРООННИИККАА
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2013. Т. 4(18). № 3 © ИРЭ НАН Украины, 2013
УДК 535.33:621.372
М. Ю. Демченко, В. Г. Курин, Е. Б. Сенкевич
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: mirosh@ire.kharkov.ua
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КЛИНОТРОННЫХ ЭФФЕКТОВ
В ГЕНЕРАТОРЕ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В терагерцевом (ТГц) диапазоне для вакуумных источников непрерывного излучения нет достойной альтернативы ни
среди полупроводниковых генераторов из-за их малой мощности (10–6 Вт), ни среди лазеров, которые работают только на дискрет-
ных частотах. Среди существующих вакуумных источников О-типа генераторы дифракционного излучения (ГДИ) выгодно выде-
ляются высокой стабильностью частоты, узким спектром выходного сигнала, низким уровнем шумов, широким диапазоном электро-
механической перестройки и сравнительно большим уровнем выходной мощности. Однако при продвижении в ТГц-диапазон
возникает проблема повышения КПД генератора, что связано с необходимостью обеспечить высокие напряженности высоко-
частотного (ВЧ) поля в области электронно-волнового взаимодействия. Одним из способов решения проблемы является примене-
ние клинотронного эффекта. В работе рассмотрены возможности использовать клинотронные эффекты для повышения эффектив-
ности взаимодействия электронного потока с ВЧ-полем в ГДИ. Экспериментальное исследование влияния клинотронного эффекта
на работу ГДИ проведено в генераторах с дополнительным (отклоняющим) электродом, а также в ГДИ, когда электронный поток
вводится в пространство взаимодействия посредством рассредоточивающих скосов. Показано, что процесс взаимодействия элект-
ронного потока с ВЧ-полем сопровождается сопутствующими этому процессу клинотронными эффектами, существование которых
обусловлено неустранимыми пульсациями электронного потока. Повышение коэффициента использования электронного потока
позволяет не только уменьшить пусковые токи генератора, но и получить более высокую мощность генерации при низких величи-
нах индукции магнитного фокусирующего поля. Ил. 5. Библиогр.: 10 назв.
Ключевые слова: излучение Смита-Парселла, генераторы дифракционного излучения, клинотроны, сопутствующие
клинотронные эффекты, отклоняющий электрод, рассредоточивающие скосы.
В настоящее время одним из активно раз-
виваемых направлений высокочастотной элект-
роники является освоение субмиллиметрового
или терагерцевого (ТГц) диапазона электронны-
ми приборами, основанными на разных принци-
пах [1–3]. Согласно современной классификации
ТГц-излучение занимает диапазон от нескольких
сотен гигагерц до нескольких десятков терагерц.
Исследования методов генерации этого диапазона
в настоящее время проводятся в научно-иссле-
довательских центрах США, странах Евросоюза,
Китае, Японии, России. Такой широкий интерес к
данной проблеме обусловливается тем, что ее
решение открывает, в частности, эксперимента-
торам пути в новые области научных исследова-
ний. Действительно, ТГц-диапазон охватывает
область вращательных спектров молекул, области
энергий ван-дер-ваальсовых сил межмолекуляр-
ного взаимодействия, область биологически важ-
ных коллективных мод ДНК и белков. Кроме того,
ТГц-излучение открывает возможности для по-
вышения пропускной способности спутниковых
систем связи и локации малоразмерных объектов.
В ТГц-диапазоне оказывается возможной (в слу-
чаях применения метаматериалов) передача изоб-
ражений с разрешением много меньшим длины
волны.
Работа генераторов дифракционного из-
лучения (ГДИ) основана на хорошо известном
эффекте Смита-Парселла [4, 5]. Уже первые экс-
периментальные исследования показали, что эти
генераторы могут успешно работать в ТГц-диапа-
зоне. Так, один из таких приборов [6] работал в
диапазоне 280÷353 ГГц при относительно низких
ускоряющих напряжениях 1 400÷2 300 В. Макси-
мальный уровень выходной мощности (Р = 60 мВт)
наблюдался на частоте f = 338 ГГц при рабочем
токе pI = 220 мA и индукции магнитного фокуси-
рующего поля B = 0,8 Тл. При этом более успеш-
ным (конкурирующим) оказался клинотрон.
В лучших образцах клинотронов на час-
тоте f = 375 ГГц максимальный уровень выход-
ной мощности достигал P = 300÷500 мВт при
рабочих токах pI = 150÷200 мA и индукции маг-
нитного фокусирующего поля B = 0,8÷1,0 Тл [7].
Здесь следует заметить, что клинотроны работали
при более высоких значениях ускоряющего
напряжения 4 000÷4 500 В, т. е. в два раза пре-
восходящих рабочее напряжение ГДИ. Повышен-
ная конкурентоспособность этих генераторов
обусловлена клинотронным эффектом, который
проявляется в случаях наклонного падения
относительно толстого электронного потока на
замедляющую систему под некоторым (малым)
углом 0ϕ относительно этой замедляющей систе-
мы [7, 8].
Цель работы – рассмотрение возможнос-
ти использовать клинотронные эффекты для по-
вышения эффективности взаимодействия электрон-
ного потока с высокочастотным (ВЧ) полем в ГДИ.
Эксперимент. Экспериментальное ис-
следование влияния клинотронного эффекта на
работу ГДИ было проведено, в частности, в гене-
раторах с дополнительным (отклоняющим) элект-
mailto:mirosh@ire.kharkov.ua
М. Ю. Демченко и др. / Экспериментальное исследование клинотронных…
_________________________________________________________________________________________________________________
65
родом [9]. Схематический чертеж эксперимента
приведен на рис. 1.
Рис. 1. Схема макета ГДИ с дополнительным электродом:
1 – блок питания электрода; 2 – резистивная нагрузка; 3 – откло-
няющий электрод; 4 – измеритель мощности; 5 – осциллог-
раф; схема влета электронов в пространство взаимодействия
Электронная пушка выставлялась так,
чтобы затем при юстировке генератора в магнит-
ном фокусирующем поле можно было достичь
полного прохождения электронного потока, ра-
зумеется, без срыва генерации. Можно считать,
что в таком (пролетном) режиме работы генера-
тора электронный поток с малыми потерями дви-
гался параллельно плоскости дифракционной
решетки. Отклоняющий электрод при этом нахо-
дился под нулевым потенциалом (был заземлен).
В этом пролетном режиме снималась зависимость
( )BP Φ= при постоянной величине анодного
напряжения aU = сonst и постоянной величине
рабочего тока pI = сonst. После снятия указанной
выше зависимости, без изменения юстировки ге-
нератора в магнитной фокусирующей системе,
без изменения анодного напряжения и рабочего
тока проводились измерения выходной мощности
ГДИ в зависимости от величины магнитного фо-
кусирующего поля, но при подаче на отклоняю-
щий электрод постоянного напряжения
( ),, эUBP Φ= где эU – напряжение на отклоня-
ющем электроде. Заметим, что при подаче на от-
клоняющий электрод отрицательного потенциала
электроны, влетающие в пространство взаимо-
действия, неизбежно смещаются на угол ( )θϕ −= ,
соответственно, при подаче положительного по-
тенциала – на угол ( )θϕ += (см. рис. 1). Таким
образом, меняется фаза пульсаций электронного
потока. В условиях эксперимента отрицательный
потенциал на отклоняющем электроде можно
было изменять от 0 до –1 000 В, в то время как
положительный потенциал можно было изменять
от 0 до + 600 В. Ограничение последнего было
обусловлено возможностями источника питания.
На рис. 2 приведены результаты измерений.
Экспериментальные кривые на рис. 2, а соот-
ветствуют случаю подачи на отклоняющий элект-
род отрицательного потенциала, а на рис. 2, б – по-
ложительного потенциала.
а)
б)
Рис. 2. Изменение выходной мощности P в зависимости от
индукции магнитного фокусирующего поля B при различных
отрицательных (а) и положительных (б) значениях потенциала
на дополнительном электроде
На обоих графиках пунктирной линией
показаны результаты измерений выходной мощ-
ности ( )BP Φ= в пролетном режиме. Хорошо
видно характерное насыщение уровня выходной
мощности с повышением индукции магнитного
фокусирующего поля [4]. Подача на отклоняю-
щий электрод (дискретно) отрицательного потен-
циала приводит к весьма существенному измене-
нию выходной мощности генератора в диапазоне
изменения величины индукции магнитного фоку-
B
–θ
+θ
1
2
5
4
3
Z
М. Ю. Демченко и др. / Экспериментальное исследование клинотронных…
_________________________________________________________________________________________________________________
66
сирующего поля. В частности, в области относи-
тельно небольших величин магнитного фокуси-
рующего поля наблюдается реализация дополни-
тельного максимума уровня выходной мощности
генератора, причем следование максимумов и
минимумов уровня выходной мощности исследу-
емого генератора приближенно подчиняется из-
вестному соотношению [7]
.
11 +
≅
+ n
n
B
B
n
n (1)
В нашем случае, при aU = 2,1 кВ = const,
n = 4, максимумы и минимумы реализуются при
1B ≅ 0,4 Тл, 2B ≅ 0,5 Тл, 3B ≅ 0,62 Тл и 4B ≅ 0,775 Тл,
что приближенно согласуется с экспериментом
рис. 2, а. Однако в нашем случае, в отличие от [7],
электронный поток отклоняется в продольном
магнитном поле. А это, как известно, приводит к
изменению радиуса и длины волны пульсации [10]:
θ
η
sin
21 aU
B
R = ; (2)
θ
η
π
λ cos
22 aU
B
= , (3)
где R – радиус пульсаций; λ – длина волны пуль-
саций; aU – анодное напряжение; θ – углы от-
клонения электронов относительно оси Z (см.
рис. 1). Следовательно, можно допустить, что в
нашем случае клинотронные эффекты обусловле-
ны пульсациями электронного потока. А это
означает, что если мы поменяем угол отклонения
электронов относительно оси Z ( )θϕ −= на
противоположный ( )θϕ += , то клинотронные
эффекты сохранятся. И это действительно так.
На рис. 2, б приведена зависимость
( )э,UBfP = , снятая в условиях противоположно-
го (антиклинотронного) отклонения электронного
потока. Видно, что несмотря на изменение угла
влета θ электронов в пространство взаимо-
действия на противоположный, клинотронные
эффекты сохранились. Причем из графиков сле-
дует, что увеличение магнитного фокусирующего
поля сопровождается заметным ослаблением
клинотронных эффектов. Видно также, что в пре-
деле (при увеличении магнитного фокусирующе-
го поля до бесконечности) уровень выходной
мощности генератора совпадет с уровнем выход-
ной мощности генератора, работающего в про-
летном режиме. Этот эффект можно пояснить
простой моделью, приведенной на рис. 3, где по-
казано два состояния электронного потока, а
именно пульсирующее с некоторым раскрывом 2δ
и невозмущенное, которому соответствует
раскрыв 1δ . Очевидно, что при увеличении маг-
нитного фокусирующего поля 12 δδ → . А это
означает, что с увеличением индукции магнитно-
го фокусирующего поля все меньше и меньше
электронов будет удовлетворять условиям реали-
зации клинотронных эффектов. В пределе, т. е.
при 12 δδ ≡ , рабочим режимом генератора ока-
жется пролетный режим.
Рис. 3. Волнообразный электронный поток, создаваемый от-
клоняющим электродом, и его изменение при увеличении
магнитного фокусирующего поля
Как следует, в частности, из выше рас-
смотренных графиков рис. 2, клинотронные эф-
фекты могут сопровождаться весьма существен-
ным повышением интенсивности взаимодействия
электронного потока с ВЧ-полем. Из этих же гра-
фиков и, соответственно, рис. 3, также следует,
что для сохранения в генераторе клинотронных
эффектов необходимо, чтобы электронный поток
пролетал как можно ближе к плоскости решетки,
вернее, электронный поток должен скользить по
плоскости дифракционной решетки. Проще всего
такой режим скольжения можно реализовать пу-
тем ввода электронного потока в пространство
взаимодействия посредством рассредоточиваю-
щих скосов.
Схематический чертеж генератора, в ко-
тором электронный поток вводится в пространст-
во взаимодействия посредством рассредоточива-
ющих скосов, приведен на рис. 4.
Рис. 4. Схема макета ГДИ с рассредоточивающим скосом:
1 – катодный подогреватель; 2 – катод; 3 – анодная планка;
4 – фальш-анод с рассредоточивающими скосами; 5 – поло-
жение электронного потока в пролетном режиме; 6 – верхнее
зеркало открытого резонатора ГДИ; 7 – нижнее зеркало ГДИ с
дифракционной решеткой; 8 – измеритель мощности; 9 – осцил-
лограф; 10 – коллектор
5
4
6
3
2
8
9
10
7
1
мА
3,8
0,
01 0,
08
0,
08
d
δ1 δ2
М. Ю. Демченко и др. / Экспериментальное исследование клинотронных…
_________________________________________________________________________________________________________________
67
Здесь рассредоточивающий скос выпол-
нен в фальш-аноде. Высота рассредоточивающего
скоса при толщине фальш-анода равной 4 мм бы-
ла равна ∆ = 0,015 мм, а толщина электронного
потока d = 0,08 мм. Период дифракционной ре-
шетки был равен l = 0,2 мм. Величина индукции
магнитного фокусирующего поля соответствовала
первому максимуму, наблюдаемому на рис. 2, а,
т. е. была равной ≤B 0,4 Тл. Генератор работал в
низковольтном режиме при =aU 1÷2 кВ. В про-
цессе эксперимента изменялось положение ниж-
него края пучка (катода) в пределах высоты ∆
рассредоточивающего скоса. Можно сказать, что
при этом режим работы генератора разделился на
два, а именно на режим среза пучка и режим
скольжения. В режиме среза электронный поток
(разумеется, в режиме генерации) не достигал
коллектора, а полностью за счет пульсаций (что
наблюдалось визуально) оседал на дифракцион-
ной решетке.
Принимая во внимание вышерассмотрен-
ные эксперименты (см. рис. 2), можно сказать,
что режимы среза представляют собой клинотрон-
ный режим, обусловленный пульсациями элект-
ронного потока, которые являются практически
неустранимыми. Области существования таких
режимов приведены на рис. 5, а, б. Минимальный
пусковой ток, которого удалось достичь в этом ре-
жиме и в этом эксперименте, был равен ≅пI 26 мА.
В скользящем режиме удалось достичь коэффици-
ента токопрохождения, равного 0,5. Область су-
ществования этого режима приведена на рис. 5, в.
Минимальный пусковой ток, достигнутый в этом
режиме, оказался равным пI ≅ 17 мA.
___________________________________________
137,0 137,5 138,0
0
50
100
1,90 1,95 2,00
Р, мВт
f, ГГц
Ua , кВ
126,0 126,5 127,0 127,5
0
50
100
1,50 1,55 1,60 1,65
Р, мВт
f , ГГц
Ua , кВ
а) б)
126,0 126,5 127,0 127,5
0
50
100
1,50 1,55 1,60 1,65
Р, мВт
f , ГГц
Ua , кВ
в)
Рис. 5. Изменение выходной мощности по диапазону комбинированной перестройки частоты от ускоряющего напряжения Ua при
работе ГДИ в клинотронном режиме (а, б) и в пролетно-клинотронном режиме (в)
___________________________________________
Снижение пусковых токов ГДИ в таком
«скользящем» режиме, вероятнее всего, обуслов-
лено сопутствующими клинотронными эффекта-
ми пульсирующего электронного потока, движу-
щегося касательно плоскости дифракционной
решетки.
Выводы. Проведенный анализ опытных
данных показал, что, в ГДИ практически всегда
существуют сопутствующие клинотронные эф-
фекты, которые могут оказывать весьма сущест-
венное влияние на уровень выходной мощности
генератора. В связи с тем, что сопутствующие
М. Ю. Демченко и др. / Экспериментальное исследование клинотронных…
_________________________________________________________________________________________________________________
68
клинотронные эффекты обусловлены пульсациями
электронного потока, они всегда будут оказывать
негативное (позитивное) влияние на интенсив-
ность взаимодействия этого потока с ВЧ-полем.
Оптимизировать это воздействие для повышения
допустимого КПД проще всего, в частности, путем
применения отклоняющих электродов или путем
ввода электронного потока в пространство взаи-
модействия посредством рассредоточивающих
скосов. Учет этих особенностей работы ГДИ пред-
ставляет интерес для освоения электронными при-
борами этого класса ТГц-диапазона.
Библиографический список
1. Братман В. Л. Быстро движущиеся излучатели и их ис-
пользование в высокочастотной электронике / В. Л. Брат-
ман // Успехи физ. наук. – 2007. – 177, № 3. – С. 317–323.
2. Гарнов С. В. Лазерные методы генерации мегавольтных
терагерцевых импульсов / С. В. Гарнов, И. А. Щербаков //
Успехи физ. наук. – 2011. – 181, № 1. – С. 97–102.
3. Кулипанов Г. Н. Изобретение В. Л. Гинзбургом ондулято-
ров и их роль в современных источниках синхротронного
излучения и лазерах на свободных электронах / Г. Н. Кули-
панов // Успехи физ. наук. – 2007. – 177, № 4. – С. 384–393.
4. Шестопалов В. П. Дифракционная электроника / В. П. Шесто-
палов. – Х.: Изд-во Харьков. ун-та, 1976. – 231 с.
5. Bakhtyari A. Horn resonator boosts miniature free-electron
laser power / A. Bakhtyari, J. H. Brownell // Appl. Phys. Lett. –
2003. – 82, N 19. – Р. 3150–3152.
6. Низковольтный субмиллиметровый генератор дифракци-
онного излучения / В. Г. Курин, И. Д. Ревин, Б. К. Скрын-
ник, В. П. Шестопалов // Докл. АН УССР. Сер. А. – 1976. –
№ 8. – С. 815–819.
7. Клинотрон / Г. Я. Левин, А. И. Бородкин, А. Я. Киричен-
ко и др.; под ред. А. Я. Усикова. – К.: Наук. думка, 1992. –
200 c.
8. Пишко О. Ф. Моделирование пространства взаимодей-
ствия в клинотронах миллиметровых и субмиллиметро-
вых волн / О. Ф. Пишко, С. А. Чурилова // Успехи совре-
менной радиоэлектрон. – 2004. – № 1. – С. 10–19.
9. Курин В. Г. Об одном способе управления амплитудой
выходного сигнала генератора дифракционного излуче-
ния / В. Г. Курин, Б. К. Скрынник, В. П. Шестопалов //
Всесоюз. симп. по миллиметровым и субмиллиметровым
волнам: Тез. докл. – Х., 1972. – 1. – C. 44–45.
10. Білий М. У. Атомна фізика / М. У. Білий. – К.: Вища шко-
ла, 1973. – 396 с.
Рукопись поступила 01.03.2013 г.
M. Yu. Demchenko, V. G. Kurin, Ye. B. Senkevich
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF
CLYNOTRON EFFECT IN THE DIFFRACTION
RADIATION OSCILLATOR
Nowadays there is no viable alternative for vacuum
sources of continuous radiation in the THz range either of semi-
conductor lasers due to their low power (10–6 W), or among the
lasers, which operate only at discrete frequencies. Among the
existing vacuum sources of O-type the diffraction radiation oscilla-
tors (DRO) stand out for high frequency stability, narrow spectrum
of the output signal, low noise and a wide range of electromechan-
ical tuning and a relatively high level of output power. However,
under the advancement in the THz range it is a problem of increas-
ing of the DRO efficiency, which is connected with the need to
ensure a high intensity of the high frequency (HF) field in the
region of electron - wave interaction. The use of clynotron effect is
one of the ways to solve the problem. The using of clynotron ef-
fects to enhance the interaction efficiency of the electron beam
with a HF field in the DRO is discussed in this paper. Experi-
mental study of the clynotron effect carried out in the DRO with
additional (deflection) electrode, as well as in DRO, when the
electron beam is entered into the interaction space through dispers-
es bevels. It is shown that clynotron effects, the existence of which
is due to non-removable fluctuations of the electron beam, accom-
pany the interaction of the electron beam with the HF field. In-
creasing the ratio of the electron beam using cannot only reduce
the starting current of the DRO, but also give higher generation
power at low values of the magnetic focusing field.
Key words: Smith-Purcell radiation, diffraction radia-
tion oscillators, clynotron, accompanying clynotron effects, deflec-
tion electrode, dispersed bevels.
М. Ю. Демченко, В. Г. Курін, О. Б. Сенкевич
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ
КЛІНОТРОННИХ ЕФЕКТІВ У ГЕНЕРАТОРІ
ДИФРАКЦІЙНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
У терагерцовому діапазоні для вакуумних джерел
безперервного випромінювання немає гідної альтернативи ні
серед напівпровідникових генераторів через їх малу потуж-
ність (6–10 Вт), ні серед лазерів, які працюють тільки на дис-
кретних частотах. Серед існуючих вакуумних джерел О-типу
генератори дифракційного випромінювання (ГДВ) вигідно
виділяються високою стабільністю частоти, вузьким спектром
вихідного сигналу, низьким рівнем шумів, широким діапазо-
ном електромеханічного перестроювання і порівняно великим
рівнем вихідної потужності. Однак при просуванні в
ТГц-діапазон виникає проблема підвищення ККД генератора,
що пов'язано з необхідністю забезпечити високі напруженості
високочастотного (ВЧ) поля в області електронно-хвильової
взаємодії. Одним із способів вирішення проблеми є застосу-
вання клінотронного ефекту. У роботі розглянуто можливості
використовувати клінотронні ефекти для підвищення ефектив-
ності взаємодії електронного потоку з ВЧ-полем у ГДВ.
Експериментальне дослідження впливу клінотронного ефекту
на роботу ГДВ проведено в генераторах з додатковим (відхи-
ляючим) електродом, а також у ГДВ, коли електронний потік
вводиться в простір взаємодії за допомогою скосів, що розо-
середжують. Показано, що процес взаємодії електронного
потоку з ВЧ-полем супроводжується супутніми цьому проце-
су клінотронними ефектами, існування яких обумовлено не-
усувними пульсаціями електронного потоку. Підвищення
коефіцієнта використання електронного потоку дозволяє не
тільки зменшити пускові струми генератора, а й отримати
більш високу потужність генерації при низьких величинах
індукції магнітного фокусуючого поля.
Ключові слова: випромінювання Сміта-Парселла,
генератори дифракційного випромінювання, клінотрони, су-
путні клінотронні ефекти, електрод, що відхиляється.
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
|