60	Глава 1

Реализация конструкции ЭОС с тонким моновинтовым электронным пучком на заданном радиусе r0 с требуемой азимутальной скоростью электронов vϕ при уменьшенной величине индукции в n раз требует применения специальной высоковольтной электроннооптической системы для ввода высокоскоростного пучка по азимуту резонатора. Пути решения этой задачи приведены в разделе 2.1.2.

1.2.1.4 Гирогенераторы обратной волны – гиро-ЛОВ

Основной особенностью гиротронных генераторов обратной волны, существенно отличающей их от классических ЛОВ О-типа, являются, во-первых, сам принцип действия гиротронов, при котором энергообмен электронов с волной происходит прежде всего благодаря значительным поперечным скоростям электронов в криволинейном потоке и, во-вторых, взаимодействие происходит с поперечными компонентами незамедленной волны типа ТЕmq в гладкой волноводной системе с положительной дисперсией. Таким образом, в гиро-ЛОВ исчезает основной признак классической ЛОВ – волна с отрицательной дисперсией в замедляющей системе, обеспечивающая возникновение внутренней обратной связи для выполнения условий самовозбуждения.

Как было указано выше, впервые объяснение механизма взаимодействия криволинейных электронных потоков с незамедленными бегущими волнами в системах с положительной дисперсией было дано С.И. Тетельбаумом в [2].

C этой целью в [2] введено понятие "фазовой скорости последовательности заряженных частиц", смысл которого состоит в следующем.

"Пусть сгруппированные с круговой частотой ω электронные сгустки малого размера движутся по волнообразной

(13)

– фазовая ско-

1.2 Энергетическиеидиапазонныехарактеристикигироприборов 61

или винтовой траектории (рис. 16), x=rcosΩt, y=rsinΩt, z=vzt вполе плоской волны c поперечной компонентой напряженности электрического поля Et=E0cos(ωt–kz+ψ). Протяженное взаимодействие сгустков с волной будет наиболее эффективнымпринадлежащейихфазировкеивыполненииусловия

vф = vz l −l d = vz ω−ωΩ ,

где vф – фазовая скорость волны, vz ω−ωΩ

рость последовательности частиц, в данном случае скорость перемещения огибающей сгустков, показанной на рисунке 16 пунктиром. При ω>Ω фазовая скорость последовательности частиц совпадает по направлению с vz. При ω<Ω эти скорости направлены в противоположные стороны, и заряженные частицы будут отдавать энергию обратной волне, распространяющейся навстречу поступательному движению электронов. Фазовую скорость последовательности частиц можно в этом случае считать отрицательной )."

Рис. 16

Волнообразные траектории движения сгустков электронов в поле плоской волны c поперечной компонентой напряженности электрического поля – сплошная кривая.

Огибающая сгустков электронов – пунктир

Отрицательная фазовая скорость последовательности частиц в рассматриваемом примере взаимодействия вол-

) Приведенный абзац заимствован из [4].

62	Глава 1

нообразного электронного потока с плоской волной создает внутреннюю обратную связь в высокочастотной системе с положительной дисперсией. При этом для построения генератора обратной волны отпадает необходимость применения замедляющей системы с отрицательной дисперсией. Из (3) следует, что при использовании волноводной системы с положительной дисперсией и при рабочей частоте ω вблизи частоты отсечки ωс условие наиболее эффективного взаимодействия соответствует условию резонанса на циклотронной частоте ω=Ω. В общем случае частота автоколебаний генератора обратной волны гиротронного типа, измеренная в волноводной системе на ее входе, оказывается меньшей циклотронной частоты, что соответствует учету доплеровской поправки на частоту излучения удаляющегося источника – колеблющегося электрона в поперечной плоскости.

На рисунке 17, приведена принципиальная схема первого осуществленного гирогенератора обратной волны [4, 5]. Кленточной двухпроводной высокочастотной системе 1, 2 через разделительные конденсаторы 3 подсоединена согласованная нагрузка ρ=(L/C)1/2 (L, C – погонные индуктивность и емкость линии). Для уменьшения влияния рассогласований, так же как и в классических ЛОВ, коллекторный конец ВЧсистемы нагружался через разделительную емкость С3 поглощающим сопротивлением Rп. Трохоидальный электронный пучок, эмиттируемый катодом 4, формируется скрещенными электрическим и магнитным полями Е0, Н0 при подведении напряжения U0 к пластинам 1, 2 линии и применении магнитной системы, создающей поперечное магнитное поле. Основные параметры этого генератора приведены в введении. На рисунке 18, приведены измеренные зависимости рабочей длины волны и выходной мощности генератора от напряженности магнитного поля H0. Эти результаты явились первым под-

1.2 Энергетическиеидиапазонныехарактеристикигироприборов 63

тверждением возможности построения источников электромагнитных колебаний при взаимодействии криволинейных потоковэлектроновснезамедленнымиволнами.

Рис. 17

Схема построения первой конструкции гирогенератора обратной волны – гиро-ЛОВ.

Рис. 18

Зависимость уровня выходной мощности P(H0) и длины волны выходного сигнала λ(H0) гиро-ЛОВ, приведенной на рис. 17, от напряженности магнитного поля H0.

В действующих конструкциях гиро-ЛОВ, так же как и в гиро-монотронах, применяются электронно-оптические системы, формирующие поливинтовые или моновинтовые электронные пучки в осевом магнитном поле; в качестве высокочастотных систем применяются цилиндрические волноводы, возбуждаемые волнами типа TEm,q,p, согласованные на катодном конце сочленением с волноводом вывода мощности и на коллекторномконцевведениемпоглощающейнагрузки.

Основным достоинством гиротронных генераторов обратной волны является возможность перестройки частоты автоколебаний в широком диапазоне. Перестройка достигается изменением магнитного поля или энергии элек-