Клинотрону - 50

Клинотрону - 50

В работе кратко представлено результаты по созданию вакуумных широкодиапазонных генераторов электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне электромагнитного спектра и по исследованию эффекта повышения энергообмена электронного потока с замедленной волной при его наклоне на поверхность периодической...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2007
Hauptverfasser: Кириченко, А.Я., Яковенко, В.М.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2007
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10892
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Клинотрону - 50 / А.Я. Кириченко, В.М. Яковенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 5-13. — Бібліогр.: 30 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10892
record_format dspace
spelling Кириченко, А.Я.
Яковенко, В.М.
2010-08-09T14:15:11Z
2010-08-09T14:15:11Z
2007
Клинотрону - 50 / А.Я. Кириченко, В.М. Яковенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 5-13. — Бібліогр.: 30 назв. — рос.
1028-821X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10892
621.385.653.1
В работе кратко представлено результаты по созданию вакуумных широкодиапазонных генераторов электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне электромагнитного спектра и по исследованию эффекта повышения энергообмена электронного потока с замедленной волной при его наклоне на поверхность периодической структуры. Эти исследования были начаты в Институте радиофизики и электроники Академии наук Украины в 1956 году. Указано на резонансное влияние этих исследований на работы, проводимые в других институтах при разработке генераторов других типов. Указано на особенности возбуждения электро-магнитного излучения при падении электронного потока под скользящими углами не только на поверхность периодических структур, но также на гладкие и шероховатые металлические поверхности при возбуждении переходного излучения. Приведены характеристики разработанных клинотронов и результаты их мелкосерийного производства, обеспечивающих радиофизические исследования и разработку электронной и радиотехнической аппаратуры.
В роботі коротко подано результати створення вакумних широкодіапазонних генераторів електромагнітних хвиль в міліметровому діапазоні електромагнітного спектра та по дослідженню ефекта підвищення енергообміну електронного потоку з сповільненою хвилею, коли його нахилити на поверхню періодичної структури. Ці дослідження було започатковано в Інституті радіофізики та електроніки Академії наук України ще у 1956 році. Зазначено резонансний вплив цих досліджень на роботи, що проводились в інших інститутах, де розроблялися генератори інших типів. Указано на особливості збудження електромагнітного випромінювання у випадках, коли потік електронів падав під кутами, що повзають, не лише на порверхню періодичної структури, але і на гладкі або шорсткі поверхні при збудженні перехідного випромінювання. Подано характеристики створених клінотронів та результати їх малосерійного виробництва, які забезпечили радіофізичні дослідження спеціалістів, що займалися розробкою електронної і радіотехнічної апаратури.
The paper outlines the results on both creation of vacuum broadbend oscillators in millimeter wavelength range of electromagnetic spectrum and study of increasing effect of energy-exchange between electron stream and slow wave when inclining the stream with respect to a surface of periodic structure. These works were started at the Institute of Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine, in 1956. Resonant influence of these studies upon the works, carried out at other institutes on developed other types of oscillators, has been pointed out. Peculiarities of electromagnetic radiation exciting at grazing incidence of electron stream not only on a surface of periodic structures but also on smooth and rough surfaces at excitation of transition radiation are underlined. The work presents both characteristics of the developed clinotrons and results of small-batch production of them, which provided for radiophysical investigation and development of electronic and radioengineering technology.
ru
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
Клинотрону - 50
Клінотрону - 50
Clinotron - 50
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Клинотрону - 50
spellingShingle Клинотрону - 50
Кириченко, А.Я.
Яковенко, В.М.
title_short Клинотрону - 50
title_full Клинотрону - 50
title_fullStr Клинотрону - 50
title_full_unstemmed Клинотрону - 50
title_sort клинотрону - 50
author Кириченко, А.Я.
Яковенко, В.М.
author_facet Кириченко, А.Я.
Яковенко, В.М.
publishDate 2007
language Russian
publisher Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format Article
title_alt Клінотрону - 50
Clinotron - 50
description В работе кратко представлено результаты по созданию вакуумных широкодиапазонных генераторов электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне электромагнитного спектра и по исследованию эффекта повышения энергообмена электронного потока с замедленной волной при его наклоне на поверхность периодической структуры. Эти исследования были начаты в Институте радиофизики и электроники Академии наук Украины в 1956 году. Указано на резонансное влияние этих исследований на работы, проводимые в других институтах при разработке генераторов других типов. Указано на особенности возбуждения электро-магнитного излучения при падении электронного потока под скользящими углами не только на поверхность периодических структур, но также на гладкие и шероховатые металлические поверхности при возбуждении переходного излучения. Приведены характеристики разработанных клинотронов и результаты их мелкосерийного производства, обеспечивающих радиофизические исследования и разработку электронной и радиотехнической аппаратуры. В роботі коротко подано результати створення вакумних широкодіапазонних генераторів електромагнітних хвиль в міліметровому діапазоні електромагнітного спектра та по дослідженню ефекта підвищення енергообміну електронного потоку з сповільненою хвилею, коли його нахилити на поверхню періодичної структури. Ці дослідження було започатковано в Інституті радіофізики та електроніки Академії наук України ще у 1956 році. Зазначено резонансний вплив цих досліджень на роботи, що проводились в інших інститутах, де розроблялися генератори інших типів. Указано на особливості збудження електромагнітного випромінювання у випадках, коли потік електронів падав під кутами, що повзають, не лише на порверхню періодичної структури, але і на гладкі або шорсткі поверхні при збудженні перехідного випромінювання. Подано характеристики створених клінотронів та результати їх малосерійного виробництва, які забезпечили радіофізичні дослідження спеціалістів, що займалися розробкою електронної і радіотехнічної апаратури. The paper outlines the results on both creation of vacuum broadbend oscillators in millimeter wavelength range of electromagnetic spectrum and study of increasing effect of energy-exchange between electron stream and slow wave when inclining the stream with respect to a surface of periodic structure. These works were started at the Institute of Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine, in 1956. Resonant influence of these studies upon the works, carried out at other institutes on developed other types of oscillators, has been pointed out. Peculiarities of electromagnetic radiation exciting at grazing incidence of electron stream not only on a surface of periodic structures but also on smooth and rough surfaces at excitation of transition radiation are underlined. The work presents both characteristics of the developed clinotrons and results of small-batch production of them, which provided for radiophysical investigation and development of electronic and radioengineering technology.
issn 1028-821X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10892
citation_txt Клинотрону - 50 / А.Я. Кириченко, В.М. Яковенко // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, спец. випуск. — С. 5-13. — Бібліогр.: 30 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT kiričenkoaâ klinotronu50
AT âkovenkovm klinotronu50
AT kiričenkoaâ klínotronu50
AT âkovenkovm klínotronu50
AT kiričenkoaâ clinotron50
AT âkovenkovm clinotron50
first_indexed 2025-11-26T12:56:21Z
last_indexed 2025-11-26T12:56:21Z
_version_ 1850622048667172864
fulltext __________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 12, спец. вып., 2007, с. 5-13 © ИРЭ НАН Украины, 2007 УДК 621.385.653.1 КЛИНОТРОНУ - 50 А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: ire@ire.kharkov.ua В работе кратко представлено результаты по созданию вакуумных широкодиапазонных генераторов электромагнитных волн в миллиметровом диапазоне электромагнитного спектра и по исследованию эффекта повышения энергообмена электронного потока с замедленной волной при его наклоне на поверхность периодической структуры. Эти исследования были начаты в Инсти- туте радиофизики и электроники Академии наук Украины в 1956 году. Указано на резонансное влияние этих исследований на ра- боты, проводимые в других институтах при разработке генераторов других типов. Указано на особенности возбуждения электро- магнитного излучения при падении электронного потока под скользящими углами не только на поверхность периодических струк- тур, но также на гладкие и шероховатые металлические поверхности при возбуждении переходного излучения. Приведены харак- теристики разработанных клинотронов и результаты их мелкосерийного производства, обеспечивающих радиофизические иссле- дования и разработку электронной и радиотехнической аппаратуры. Табл. 3. Библиогр.: 30 назв. Ключевые слова: генераторы, электромагнытные волны, электронный пучок, клинотрон, угол наклона. Два года тому назад на Международной конференции CriMiCo-2004 в Севастополе (Крым) прозвучал доклад под кратким названием «Расчет и оптимизация по КПД гироклинотрона». Работа была выполнена профессором А. А. Кураевым и А. К. Синицыным - сотрудни- ками Белорусского государственного университе- та информатики и радиоэлектроники [1]. В том же году ими была опубликована работа [2], в ко- торой более подробно рассмотрены вопросы, за- тронутые в докладе на конференции. Странное сочетание слагаемых в названии какого-то нового неизвестного до этого широкой научной публике устройства или прибора - между греческих сло- вами gyere (кружусь) и otryn (возбуждаю), в значительной мере знакомых для присутствую- щих в зале, затерялось слово явно не греческого происхождения. В английском языке существует слово clean (чистый), что могло бы подтвердить английское или американское происхождение на- звания этого прибора. Однако и в русском языке существует широко распространенное слово - клин. Стоит вспомнить хотя бы известную пого- ворку «Клин клином вышибают». В ином, но так- же близком сочетании, можно встретиться со сло- вом клин в научной литературе в начале 80-х гг. в "Докладах академии наук Украины" - ортоклино- тронный эффект [3]. В действительности, русское слово клин вошло в лексикон разработчиков и исследовате- лей электронных приборов сверхвысоких частот (СВЧ) ровно 50 лет тому назад (с конца 1956 г.). Именно тогда лампа обратной волны (ЛОВ), са- мого коротковолнового на то время радиодиапа- зона, была продемонстрирована в Институте ра- диофизики и электроники Академии наук Украи- ны (ИРЭ АН УССР). Поначалу (по крайней мере, первых пару десятков лет) сочетание слова клин с греческим трон было лишь на устах исследовате- лей и разработчиков СВЧ аппаратуры, да иногда встречалось в научно-технических отчетах или в научных публикациях ограниченного пользова- ния. Однако к электровакуумному СВЧ генерато- ру миллиметрового диапазона под названием - клинотрон был проявлен интерес широкого круга исследователей, которые пытались понять осо- бенности «клинотронного эффекта» и возможно- стей его использования в разрабатываемых ими устройствах. Этот эффект привлек внимание ши- рокого круга теоретиков, пытающихся на кончике пера объяснить явление повышения энергообмена при нарушении коллинеарности между направле- нием движения заряженных частиц и вектором напряженности электрического поля. Ведь до настоящего времени оптимальными условиями взаимодействия электронов с переменным элек- трическим полем считается совпадение направ- ления скорости электрона с направлением рас- пространения волны при наличии в ней компо- ненты электрического поля параллельной ее рас- пространению. А в первой половине двадцатого века, когда были изобретены лампа бегущей (ЛБВ) (1942 г), а затем и ЛОВ (1952 г.), направ- ление движения электронного потока параллель- но поверхности, замедляющей электромагнитную волну, было насколько естественным, что ни у кого даже в мыслях не могло появиться, что мо- жет быть что-то отличное от этих представлений. У заместителя научного руководителя по выпол- нению одной из научно-исследовательских разра- боток (под шифром «Боксит» [4]) Григория Яков- левича Левина, любителя неожиданных проявле- ний в физических экспериментах, сразу же после обнаружения исполнителями научной разработки генерации электромагнитных волн миллиметро- вого диапазона при нарушении параллельности между направлением перемещения электронного потока и поверхности периодической системы в лампах обратной волны О-типа (ЛОВ О) роди- лось представление о клине. Так как такое физи- А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 6 ческое проявление было нетривиальным, он сразу же дал ему название клинотронного эффекта. И сразу же оформил и направил в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР заявку на изобретение, а к концу 1956 г. она была признана изобретением нового типа ЛОВ. В то время это изобретение не предназна- чалось для широкой публикации, и было опубли- ковано лишь больше чем через полтора десятка лет [5]. Г. Я. Левин настоятельно просил дать этому типу ЛОВ О название клинотрон. Экспер- ты и патентоведы не согласились с этим названи- ем. Однако в отчетах и научных публикациях такое название было закреплено за новым типом ЛОВ О миллиметрового диапазона, создаваемых в ИРЭ АН УССР. __________________________________________ А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 7 _______________________________ Когда в 1957 г. в статье А. Карпа [6] поя- вилось сообщение о разработке им лампы обрат- ной волны, возбуждаемой на волнах в коротко- волновой части миллиметрового диапазона, мало кто обратил внимание на следующее его замеча- ние: «…На более длинных волнах максимальный диапазон перестройки и наибольшая выходная мощность получаются в том случае, когда маг- нитное поле и электронный поток параллельны плоскости полосок и ток на коллектор максима- лен. Но на коротких волнах наилучшие рабочие характеристики получались в том случае, когда электронный поток составлял некоторый угол с плоскостью полосок, а ток через коллектор был значительно меньше своего максимального зна- чения». Могло ли это замечание о генерации А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 8 мощности в 3 - 6 мВт (не измерянной, а лишь предполагаемой, исходя из приближенных расче- тов) кого-либо заинтриговать, когда в ИРЭ АН УССР в клинотроне, наклонив ленточный элек- тронный поток на поверхность периодической системы в генераторе типа ЛОВ, получали десят- ки и сотни милливатт электромагнитной мощно- сти в области миллиметровых волн Конечно нет. Объяснение влияния наклона пучка на по- вышение генерируемой мощности А. Карп изло- жил, исходя из наличия удельных омических по- терь в замедляющей системе, все возрастающих по мере повышения генерируемой частоты. А так как пусковой ток изменяется пропорционально кубу потерь, то это требовало, по его мнению, умень- шения длины пространства взаимодействия элек- тронного потока с замедленной волной. Уменьше- ние длины пространства взаимодействия, по мне- нию А. Карпа, и производилось путем наклона пучка на периодическую систему, при этом часть электронов пучка не доходила до коллектора, а оседала на поверхность периодической системы. Тем самым уменьшалась длина пролета электро- нов, передающих энергию замедленной волне, в пространстве взаимодействия. Естественно, такое простое и несколько грубоватое объяснение эффекта, наблюдаемого А. Карпом, никак не могло удовлетворить разра- ботчиков, обнаруживших клинотронный эффект годом ранее в исследованиях свойств ЛОВ О в миллиметровом диапазоне волн. Поэтому нача- лись активные поиски более аргументированного объяснения этого эффекта. С этого времени были предприняты многочисленные попытки для объ- яснения природы этого явления. Первая версия по объяснению этого эффекта была предпринята одним из ответственных исполнителей темы «Боксит» по разработке генераторов миллимет- рового диапазона, весьма эрудированным про- фессором В. Л. Германом в приложении к науч- но-техническому отчету. Он попытался объяс- нить клинотронный эффект, исходя из самых об- щих представлений энергообмена электронов с электромагнитным полем в неограниченном про- странстве как для поля, так и для электронного потока. Результаты этого поиска были изложены в «Приложении» к научно-техническому отчету по теме «Боксит» [4], законченной к 1957 г. в ИРЭ АН УССР. К объяснению такой особенности возбу- ждения электромагнитных волн в периодических системах и возможностей использования ее в других типах генераторов СВЧ с целью повыше- ния эффективности их работы сразу же обрати- лись специалисты в области СВЧ электроники. В первую очередь к этому были привлечены теоре- тики, работающие в ИРЭ АН УССР, Э. А. Канер, В. М. Конторович, Ю. В. Корниенко, В. Я. Малеев [7,8]. Специалисты, занимающиеся непосредст- венно разработкой источников электромагнитных колебаний в области миллиметровых волн, из Москвы (А С. Победоносцев, А. С. Тагер), Сара- това (В. Н. Шевчик, В. С. Андрушкевич), Горько- го (А. В. Гапонов) не только пытались использо- вать эффект неколлинеарности между скоростью электронного потока и фазовой скоростью рас- пространения электромагнитной волны с целью повышения эффективности работы разрабаты- ваемых ими электровакуумных устройств, но и выполнили целый ряд теоретических исследова- ний для выяснения природы этого явления. К со- жалению, результаты этих исследований мало известны, так как они были опубликованы в из- даниях для служебного пользования. Поэтому теоретические исследования физических причин клинотронного эффекта продолжаются до на- стоящего времени [9,10]. Интерес к клинотронному эффекту по- догревался исследованиями и в других областях физики. Следует отметить, что с начала 60-х гг. прошлого века при усиленном изучении зависи- мости интенсивности переходного излучения от угла падения электронов на мишень как теорети- чески, так и экспериментально был обнаружен эффект повышения переходного излучения при скользящем падении пучка на поверхность пло- ской серебряной мишени [11,12]. При скользя- щем угле падения пучка на мишень порядка 0,5 о максимум интенсивности излучения пре- восходил в сотни раз переходное излучение, на- блюдаемое при нормальном падении пучка на эту поверхность. Наблюдаемый эффект авторами объяснялся дополнительным возбуждением в этом случае поверхностных плазмонов. Через десять лет после обнаружения клинотронного эффекта была предпринята попытка объяснить аномальное поведение интенсивности переходно- го излучения при наличии границы в зависимости от угла падения электрона на металлическую мишень. При рассмотрении возбуждения поверх- ностных волн заряженной частицей, движущейся вдоль границы раздела вакуум - поглощающая немагнитная среда, было установлено, что при скользящем падении пучка на поверхность пла- стины спектральная плотность энергии возбуж- дения поверхностных волн на несколько поряд- ков превосходила интенсивность переходного излучения [13]. Эту особенность, наблюдаемую в то время при изучении угловых зависимостей интенсивности переходного излучения теорети- ками и экспериментаторами, авторы объяснили рассеянием поверхностной волны на возможных неровностях серебряной пластины. Середина прошлого века ознаменована всплеском интереса в области электроники к во- просам улучшения характеристик известных А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 9 электронных СВЧ устройств, в плане повышения уровня генерируемой ими мощности и в повыше- нии их рабочих частот. Наряду с этим было по- вышено внимание к изучению эффектов возбуж- дения электромагнитного излучения, таких как черенковское, переходное, тормозное, цикло- тронное. Эти исследования были направлены на поиски путей, которые могли бы позволить пре- одолеть трудности, возникающие при создании источников электромагнитных колебаний на все более короткие волны. А такими препятствиями на этом пути было снижение до уровня сущест- вующих технических возможностей размеров электродинамических систем и инерционность электронов. Не случайно в это же время возник интерес и к излучению Смита - Парселла [14] и появление первых работ, по так называемому, дифракционному излучению [15]. Исследователи дифракционного излучения часто пытались счи- тать его родственным эффекту Смита-Парселла. В этих работах подразумевалась возможность получить взаимодействие электронов пучка с не- которым электромагнитным полем в объеме элек- тродинамической системы в виде открытого ква- зиоптического резонатора, вместо взаимодейст- вия с поверхностными полями замедляющих сис- тем, т. е. принципов, заложенных в работу ламп бегущей и обратной волн. Однако уже в первых опытах Смита и Парселла была обнаружена не- обходимость наклона электронного потока на поверхность дифракционной структуры для воз- буждения электромагнитного излучения. Специ- альными исследованиями зависимости интенсив- ности излучения Смита-Парселла от угла падения пучка на дифракционную решетку было установ- лено, что при падении электронного потока на реальную дифракционную решетку под некото- рым небольшим углом к излучению Смита- Парселла добавляется излучение, обусловленное взаимодействием электронов с веществом решет- ки типа переходного и тормозного [16]. Это при- вело к установлению экспериментального факта - возрастанию мощности излучения при наклонном падении электронов на дифракционную решетку типа «эшелетт» и в несколько раз большем, чем предсказывала феноменологическая теория. Позже была предпринята попытка полу- чения строгого решение задачи об излучении плоского монохроматического электронного пуч- ка, пересекающего под произвольным углом (0 ) бесконечно тонкую идеально про- водящую решетку [17]. К сожалению, задача бы- ла слишком идеализирована. То, что в точное теоретическое исследование идеализированной электродинамической задачи было заложено, то и получено. Угол наклона пучка приводил лишь к снижению интенсивности излучения. Так что же произошло полвека назад? Научно-техническая разработка под шифром «Боксит» [4] была предложена в ИРЭ с целью выяснения возможности создания гетеро- динных источников колебаний миллиметрового диапазона с электрической перестройкой их час- тоты (без использования каких-либо дополни- тельных мер по механической подстройке). Эта работа под названием «Разработка методов соз- дания широкодиапазонных измерительных гене- раторов миллиметрового диапазона волн» должна была быть выполненной в течение 1956 г. Основ- ная задача состояла в выяснении возможности пе- рекрытия всего миллиметрового диапазона мини- мальным количеством источников колебаний. По- ручая эту работу ИРЭ, заказчики учитывали опыт, накопленный коллективом еще в стенах Физико- технического института АН УССР по созданию магнетронов миллиметрового диапазона длин волн и небольших попыток по расширению диапазона их электрической перестройки [18]. Так как руководитель разработки А. Я. Усиков и его заместитель по разработке Г. Я. Левин уже не раз обращались к вопросу вы- яснения возможности расширения электрической перестройки в магнетронах, в первую очередь было решено провести такие исследования на генераторах М-типа. Однако через три-четыре месяца после нескольких неудач с разработкой карматрона миллиметрового диапазона было ре- шено реализовать ЛОВ О, тем более, что такие попытки за рубежом уже существовали. Решить проблему таким образом настоятельно рекомен- довал один из изобретателей ЛОВ М. Ф. Стельмах. [19]. При этом он обратил вни- мание на разработку, выполненную Р. Компфнером и Н. Вильямсом в миллиметровом диапазоне волн [20]. К выполнению этой работы в качестве ответственных исполнителей был привлечен профессор В. Л. Герман и три молодых экспери- ментатора А. И. Бородкин, Г. В. Лысов и А. Я. Кириченко. Опыт по разработке источников колебаний О-типа в Институте до этого отсутст- вовал. Основные элементы разрабатываемого макета не имели аналогов ни в техническом, ни в технологическом планах Института; их надо бы- ло разрабатывать с нуля. Задание по созданию общей конструкции макета ЛОВ О было возло- жено на Г. В. Лысова. А. И. Бородкину была по- ручена разработка электронно-оптической систе- мы, А. Я. Кириченко - выбор типа электродина- мической системы и ее расчет. К работе по кон- струированию электронной пушки была привле- чена Л. А. Кутовая (Лысова). Она должна была также совместно с Р. В. Старченко и И. Г. Прониной проводить эксперименты по со- гласованию широкополосного выходного устрой- ства. Когда выяснилось, что согласованные по- А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 10 глощающие нагрузки, используемые разработчи- ками ЛОВ О сантиметрового диапазона, работают не эффективно в миллиметровой ЛОВ О, к разра- ботке специальной поглощающей нагрузки был привлечен Г. С. Михайлов. На основных исполнителей были возло- жены также обязанности откачки, тренировки и испытаний создаваемых макетов. Тренировка и испытания ЛОВ опирались на многолетний опыт работы с магнетронами А. Я. Усикова и Г. Я. Левина, который они передавали молодежи. Особое внимание при этом уделялось точной юс- тировке макета в однородном магнитном поле электромагнита, которая производилась обяза- тельно при пониженном токе на анод в магнетро- не. Затем макет жестко фиксировался. Только после этого можно было форсировать режим, по- вышая напряжение и магнитное поле, и присту- пать к исследованиям - поиску генерируемого сигнала. Аналогичная методика была применена и к юстировке макетов ЛОВ. Отличие заключа- лось лишь в установке положения макета в маг- ните по максимуму тока на коллектор. Первые два-три макета ЛОВ О не подавали признаков жизни, несмотря на то, что испытания их прово- дились несколько суток подряд. И лишь когда случай заставил улучшить юстировку при повы- шенных значениях тока и напряжения, был обна- ружен слабый, но уверенный сигнал генерации ЛОВ О. Оказалось, что при появлении сигнала на экране осациллографа ток на коллекторе был не максимальный. За что поначалу экспериментатор, проводивший тренировку макета, получил наго- няй, но потом все уладилось. Пришлось совер- шенствовать процесс тренировки макетов при слабом токе, дополнив предварительную юсти- ровку более тонкой, осуществляемой при повы- шенном токе с катода. После обнаружения сигнала на «удач- ном» макете были отремонтированы, подвергну- ты дополнительной тренировке и макеты, в кото- рых сигнал на выходе генератора ранее не обна- руживался. Они также оказались способными излучать колебания в миллиметровой области электромагнитного спектра, когда электронный поток проходил не параллельно поверхности пе- риодической системы, а под некоторым неболь- шим углом к этой поверхности, частично оседая на ней. К концу выполнения задания по теме «Боксит» созданные макеты генераторов излуча- ли электромагнитные волны в нескольких точках миллиметрового диапазона каждый в полосе час- тот 10 - 15% при выходной мощности в несколько ватт в длинноволновой области и сотни милли- ватт в коротковолновой области миллиметрового диапазона. Полученные результаты намного пре- восходили условия технического задания. Так полученные мощности на два порядка превышали мощности, сформулированные в техническом задании. В последующие годы производилось со- вершенствование конструкции клинотронов, улучшение технологии их изготовления с целью повышения эффективности энергообмена элек- тронного пучка с электромагнитным полем. Кро- ме использования режимов, которые применялись в других генераторах с длительным взаимодейст- вием, таких как рекуперация, использование от- ражений от концов периодической системы, пре- вращающее клинотрон в резонансный клинотрон [21], а при повышенной резонансности - в генера- тор на резонаторе с поверхностной волной [22], проведены также исследования, не применявшеся до того времени при изучении характеристик приборов с длительным взаимодействием, на- правленные на снижение стартовых токов клино- трона и повышение его выходной мощности и КПД, - работа в неоднородном фокусирующем магнитном поле [23] и при раздвоении электрон- ного пучка [24]. При этом удалось повысить КПД генератора, расширить полосу электрической пе- рестройки, изучить возможности генерирования в субмиллиметровой области. По требованию заказчиков устройствам придавались специальные режимы работы. Так по требованиям Института атомной энергии им. И. В. Курчатова были разработаны клинотро- ны для диагностики плазмы, одновременно излу- чающие в четырех точках миллиметрового диапа- зона: 2, 4, 8, 16 мм с уровнем мощности не мень- ше 0,5 Вт на каждой из длин волн [25]. Проведе- ны исследования по созданию клинотронов, ис- пользующих периодические системы, непосред- ственно излучающие энергию через квазиоптиче- ский вывод в свободное пространство, с целью прямого питания квазиоптических трактов [26]. На базе клинотрона созданы умножители частоты с высоким коэффициентом умножения [27]. Естественно, что при создании макетов клинотрона по отдельным разработкам пришлось поставлять отдельные образцы по просьбам ис- следователей. Расширился коллектив исследова- телей клинотронного эффекта, в 1960 г. был соз- дан специальный отдел «Широкодиапазонного генерирования» под руководством Г. Я. Левина. В этом же году Комитет по Ленинским премиям за работы в области радиофизики и электроники наградил А. Я. Усикова, И. Д. Трутня, А. Н. Чернеца, Г. Я. Левина и Е. М. Кулешова Ленинской премией. В 1960 г. при ИРЭ АН УССР было созда- но Опытное производство для изготовления мел- кими сериями приборов и устройств, разработан- ных в научных отделах Института. В 1970 г. в Опытное производство была передана из научно- го отдела широкодиапазонного генерирования А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 11 Института документация на производство мелки- ми сериями клинотронов со следующими харак- теристиками (табл. 1). Таблица 1 Диапазон волн, мм Выход- ная мощ- ность, Вт Анодное напряже- ние, кВ Плотность тока, А/см 2 Магнит- ное поле, кЭ 8 - 9 10 - 30 1,5 - 2,5 4 3 4 - 4,5 1 - 4 2 - 3,5 4 3 2 - 2,3 0,1 - 1 2,5 - 3,5 7 3 К этому времени были разработаны кли- нотроны, генерирующие волны и в субмиллимет- ровой области электромагнитного спектра. Ха- рактеристики таких генераторов приведены в табл. 2. Таблица 2 Диапазон волн, мм Выходная мощность, Вт Анодное на- пряжение, кВ Анодный ток, мА 0,84 - 0,98 0,1 3,0 - 5,0 120 - 190 0,76 - 0,87 0,05 3,5 - 5,0 120 - 160 С начала 1970-х гг. Опытное производст- во начало выпуск мелких серий клинотронов, работающих во всех точках миллиметрового диа- пазона, и поставляло их по требованию заказчи- ков под названием ЛОВ-8, ЛОВ-4 и ЛОВ-2. Эти несекретные названия вытесняли название клино- трон. И в настоящее время даже сотрудники ИРЭ НАН Украины, использующие эти генераторы, чаще всего называют их ЛОВ. До начала девяно- стых годов прошлого века Опытным производст- вом Института ежегодно создавалось и поставля- лось потребителям свыше 50 макетов клинотро- нов, обеспечивающих исследования в миллимет- ровой области электромагнитного спектра в уч- реждениях Советского Союза от Вильнюса до Новосибирска и Красноярска. В табл. 3 представ- лена информация о поставках пакетированных в магниты (ПА) и не пакетированных клинотронов, изготовленных цехом опытных образцов Специ- ального конструкторского бюро Института в те- чение 6 лет (1979 - 84 гг.) Таблица 3 Тип ЛОВ 1979 1980 1981 1982 1983 1984 ЛОВ 8ПА ЛОВ 8 10 4 14 - 7 - 11 1 9 1 4 - ЛОВ 4ПА ЛОВ 4 13 1 16 - 10 - 16 3 14 1 4 1 ЛОВ 2ПА ЛОВ 2 18 2 22 3 33 3 23 7 31 - 10 2 Общее кол-во ЛОВ 41/7 52/3 50/3 50/11 54/2 28/3 Этим производством было направлено на предприятия и в учреждения Советского Союза для использования в разворачивающихся в то время исследованиях в миллиметровой области электромагнитного спектра свыше 1000 макетов клинотронов. Кроме этого, отделом широкодиа- пазонного генерирования в это же время разраба- тывались и поставлялись макеты клинотронов по специальным требованиям заказчиков: с малой изрезанностью амплитудно-частотной характери- стики при электрической перестройке, с расши- ренной полосой электрической перестройки, со специальным квазиоптическим выводом для пи- тания квазиоптических устройств, с повышенным уровнем мощности, с пониженными массогаба- ритными показателями и т. п. Естественно, что все научные подразделения Института, интере- сующиеся миллиметровой областью электромаг- нитного спектра, имели в своем аппаратурном арсенале клинотроны с необходимыми выходны- ми характеристиками. И на сегодня эти макеты можно обнаружить во многих подразделениях Института, хотя не все из них находятся в рабо- чем состоянии. Следует отметить, что основные выходные характеристики этих генераторов на то время намного превосходили параметры зару- бежных карсинотронов и отечественных ЛОВ О. Даже в настоящее время по некоторым характе- ристикам клинотронные генераторы сохраняют свои преимущества. Интересно вспомнить о том, что тайна открытия клинотронного эффекта иногда облека- лась баснями о случайных непродуманных или неграмотных действиях студента, который непра- вильно выполнил указания старших товарищей и нарушил принципы разработки или испытаний ЛОВ О миллиметрового диапазона. Одну из та- ких версий изобразил научный сотрудник Сара- товского государственного университета Н. М. Советов в своей художественной повести «На обратной волне» [28]. Им, естественно, от- крытие клинотронного эффекта было перенесено в стены Саратовского университета и связыва- лось с действиями студента, которые повлекли за собой неправильную установку пушки в устрой- стве. Однако такая ошибка могла привести не к наклону электронного потока на периодическую систему, а лишь к искажению его статической структуры. Такой перекос приводит лишь к уве- личению радиуса спирального перемещения от- дельных электронов потока. Это отмечается и на стр. 60 монографии известных разработчиков миллиметровых ЛОВ О из производственного объединения «Исток» [29]. «Спиральное движе- ние электронов возникает также вследствие того, что при юстировке ЛОВ в магнитном поле для увеличения эффективности взаимодействия элек- А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 12 тронный пучок приходится пускать под некото- рым углом к замедляющей системе». Необходимость наклона электронного потока на поверхность плоских периодических систем для повышения эффективности энергооб- мена электронов с полями электродинамических систем в генераторах типа О миллиметровых и субмиллиметровых диапазонов сейчас является неоспоримым фактом. Используют этот эффект также и разработчики генераторов дифракцион- ного излучения или оротрона. Однако для объяс- нения необходимости наклона пучка на поверх- ность периодической системы до настоящего времени ученые придерживаются двух мнений. Одни считают причиной проявления этого эф- фекта нарушение статики пучка, а другие пыта- ются обнаружить некоторые новые особенности в динамике взаимодействия электронного потока с полями периодической системы. Такой дуализм не разрушен и монографией под названием «Кли- нотрон», опубликованной разработчиками этого генератора в 1992 г.[30]. 1. Кураев А. А.,Синицын А. К. Расчет и оптимизация по КПД гироклинотрона // Материалы 14-ой Международной Крымской конференции (CriMiCo-2004) «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь 2004 г. - С.215-216. 2. Кураев А. А., Синицын А. К. Перспективы повышения мощности коротковолновых гиротронов // Радиотехника.- 2004. - №9. - С.48-53. 3. Кириченко А. Я., Солодовник В. А. Об ортоклинотронном эффекте в лампе обратной волны // Докл. АН УССР. - 1980. - №1. - С.64-67. 4. Отчет о НИР «Боксит» / "Разработка методов создания широкодиапазонных измерительных генераторов милли- метрового диапазона волн". Рук. А. Я. Усиков. - Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР. - 1957. - 168 с. 5. А. с. № 341113 (462923/26-25) от 17 декабря 1956 г. Лампа обратной волны / Г. Я. Левин // Открытия. Изобретения. - 1972. - №25. - 201 с. 6. Karp A. Backward-wave oscillator experiments at 100 to 200 Kilomegacycles // Prоc. IRE. - 1957. - 45, N4. - P.496-503. 7. Канер Э. А., Конторович В. М. О влиянии коэффициентов отражения на работу лампы с бегущей волной // Тр. ИРЭ АН УССР. - Харьков. - 1959. - 7. - С.5-14. 8. Конторович В. М., Малеев В. Я. Взаимодействие наклон- ного электронного пучка с поверхностной волной (теория клинотрона) // Тр. ИРЭ АН УССР, г. Харьков. - 1959. - 7. - С.32-52. 9. Одаренко Е. Н., Шматько А. А. Самовозбуждение коле- баний в резонансных генераторах О-типа с длительным взаимодействием при наклонном магнитостатическом по- ле // Радиотехника и электроника. - 1992. - 37, №2. - С.303-310. 10. Manzhos S., Schunemann K., Sosnitsky S., Vavriv D. Clino- tron: a promising source for THz regions // Радиофизика и радиоастрономия. - 2000. - 5, №3. - С.265-273. 11. Blanckenhagen P., Boersch H., Fritzsche D. еt al. Transition radiation, bremsstraublung und plasmastrahlung von Ag- targets // Physics Letters. - 1964. - 11, N4. - P.296-297. 12. Boersch H., Dobberstein P., Fritzsche D., Sauerbrey G. Tran- sition radiation, bremsstraubleng und plasmastrahlung // Zeit- schrift fur Physik. - 1965. - 187, N2. - P.97-11 8. 13. Пахомов В. Е., Фетисов Е. П. О возбуждении поверхност- ных волн движущимся зарядом // Журн. эксперимен. и теорет. физики. - 1967. - 53, №3(9). - С.965-977. 14. Smith S. J., Purcell E. M. Visible light from localized surface charges moving across a grating // Phys. Rev. - 1953. - 92, N4. - P.1069-1073. 15. Третяков О. А., Третьякова С. С., Шестопалов В. П. Из- лучение электромагнитных волн электронным пучком, движущимся над дифракционной решеткой // Радиотех- ника и электроника. - 1965. - 10, №7. - С.1233-1242. 16. Bachheimer J. P. Experimental investigation of the interaction radiation of a moving electron with a metallic grating: the Smith-Purcell effect // Phys. Rev. B. Solid State. - 1972. - 6, N8. - P.2985-2994. 17. Прокопчук Ю. А. Излучение электромагнитных волн элек- тронным пучком, пересекающим дифракционную решет- ку // Радиотехника. - 1971. - Вып.19. - С.96-101. 18. Герман В. Л., Левин Г. Я., Усиков А. Я., Старченко Р. В. О возможной конструкции магнетрона с электронной пере- стройкой // Тр. отдела радиофизики ФТИ АН УССР. - 1954. - 2. - С.163-164. 19. Стельмах М. Ф. Генераторное устройство микроволново- го диапазона. А. с. №172364 (363460/26-9) с приоритетом от 31.05.1948 г. // Бюллетень изобретений и открытий. - 1965. - №13. 20. Kompfner R., Williams N. T. Backward-wave tubes. // Pro- ceedings of the IRE. - 1953. - 41, N11. - P.1602-1611. 21. Ефимов Б. П., Кириченко А. Я., Бужинский А. П. Экспери- ментальное исследование влияния отражений на частотные характеристики ЛОВ миллиметрового диапазона. // Тр. ИРЭ АН УССР. - Харьков. - 1967. - 15. - С.141-157. 22. Касьяненко А. П., Ефимов Б. П., Коротун Л. И., Кривиц- кий Б. Я. Генератор с лестничной периодической структу- рой в волноводе // Электронная техника. Сер.1 Электро- ника СВЧ. - 1972. - №8. - С.121-122. 23. Кириченко А. Я., Ефимов Б. П. К вопросу о работе ЛОВ О- типа с нежесткосфокусированным электронным потоком в неоднородном магнитном поле // Тр. ИРЭ АН УССР.- Харьков. - 1967. - 15. - С.130-140. 24. Бородкин А. И., Кириченко А. Я., Кутовая Л. А. и др. О некоторых возможностях улучшения характеристик кли- нотрона // Тр. ИРЭ АН УССР. - Харьков. - 1959. - 7. - С.15-31. 25. Ефимов Б. П., Левин Г. Я. Генераторы «белого» радиосве- та на волны 16, 8, 4 и 2 мм // Тр. ИРЭ АН УССР. - Харь- ков. - 1963. - 11. - С.178-183. 26. Бородкин А. И., Бузик Л. М., Лысенко Е. Е. и др. Замед- ляющие системы гребенчатого типа с периодическими неоднородностями // Электронная техника. Сер.1. Элек- троника СВЧ. - 1979. - №9. - С.3-12. 27. Еремка В. Д., Кириченко А. Я. Экспериментальное иссле- дование миллиметрового умножителя частоты с высоким коэффициентом умножения // Тр. ИРЭ АН УССР. - Харь- ков. - 1969. - 18. - С.138-148. 28. Советов Н. На обратной волне. - Саратов: Приволжское кн. изд-во, 1987. - 183 с. 29. Лампы обратной волы миллиметрового и субмиллиметро- вого диапазонов волн / Под ред. Н. Д. Девяткова. - М.:Радио и связь, 1985. - 135 с. 30. Клинотрон. / Под ред. А. Я. Усикова. - Киев: Наук. думка, 1992. - 197 с. CLINOTRON - 50 A. Ya. Kirichenko, V. M. Yakovenko The paper outlines the results on both creation of vacuum broad- bend oscillators in millimeter wavelength range of electromagnetic spectrum and study of increasing effect of energy-exchange be- tween electron stream and slow wave when inclining the stream with respect to a surface of periodic structure. These works were started at the Institute of Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine, in 1956. Resonant influence of these studies upon the works, carried out at other institutes on А. Я. Кириченко, В. М. Яковенко / Клинотрону - 50 _________________________________________________________________________________________________________________ 13 developed other types of oscillators, has been pointed out. Pecu- liarities of electromagnetic radiation exciting at grazing incidence of electron stream not only on a surface of periodic structures but also on smooth and rough surfaces at excitation of transition radia- tion are underlined. The work presents both characteristics of the developed clinotrons and results of small-batch production of them, which provided for radiophysical investigation and devel- opment of electronic and radioengineering technology. Key words: oscillators, electromagnetic waves, electron stream, clinotron, angle slope. КЛІНОТРОНУ - 50 О. Я. Кириченко, В. М. Яковенко В роботі коротко подано результати створення ва- кумних широкодіапазонних генераторів електромагнітних хвиль в міліметровому діапазоні електромагнітного спектра та по дослідженню ефекта підвищення енергообміну електрон- ного потоку з сповільненою хвилею, коли його нахилити на поверхню періодичної структури. Ці дослідження було запо- чатковано в Інституті радіофізики та електроніки Академії наук України ще у 1956 році. Зазначено резонансний вплив цих досліджень на роботи, що проводились в інших інститу- тах, де розроблялися генератори інших типів. Указано на особливості збудження електромагнітного випромінювання у випадках, коли потік електронів падав під кутами, що повза- ють, не лише на порверхню періодичної структури, але і на гладкі або шорсткі поверхні при збудженні перехідного ви- промінювання. Подано характеристики створених клінотронів та результати їх малосерійного виробництва, які забезпечили радіофізичні дослідження спеціалістів, що займалися розроб- кою електронної і радіотехнічної апаратури. Ключові слова: генератори, електромагнітні хвилі, електронний пучок, клінотрон, кут нахилу. Рукопись поступила 2 декабря 2006 г.

Ähnliche Einträge