Применение кольцевых электронных потоков в мощных клистронах
15.06.2023
Учеными Института проблем лазерных и информационных технологий РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН теоретически исследованы особенности группирования кольцевых электронных потоков в мощных клистронах. Показано, что использование кольцевых потоков позволяет улучшить процесс группирования за счет уменьшения эффекта расслоения и провисания потенциала. Определены параметры кольцевых пучков, от которых зависит степень улучшения эффективности группирования. Показано, что при сохранении эффективности группирования использование кольцевых потоков позволяет увеличить силу тока пучка и выходную мощность на 30–100 % по сравнению со сплошными электронными пучками. Определены зависимости степени возможного повышения силы тока от параметров кольцевых электронных пучков.
Широкому внедрению кольцевых электронных потоков в мощных клистронах мешает недостаточная исследованность условий их эффективного применения. Проведенные исследования подтвердили возможность увеличения КПД многорезонаторного клистрона на 5–6 % за счет использования кольцевых электронных потоков. Полученные в результате оптимизационных расчетов сравнительные зависимости предельных значений электронного КПД для клистронов со сплошным (график 1) и кольцевым пучком (график 3) представлены на рис. 1. Показано, что замена сплошного электронного пучка на кольцевой позволяет увеличить силу тока пучка и мощность прибора на 30–100 % при том же значении КПД (см. графики 1, 2 на рис.1).
Рис. 1. Зависимость предельных электронных КПД клистрона от числа резонаторов для различных величин тока электронного пучка I0:
(1) – сплошной пучок, I0=17,25 А; (2) – кольцевой пучок, I0=27,3 А; (3) – кольцевой пучок, I0=17,25 А.
Получено аналитическое выражение для выбора параметров кольцевого электронного потока, обеспечивающее такую замену. На рис. 2 приведены зависимости относительного увеличения силы тока кольцевого пучка от коэффициента заполнения пучка при различных значениях толщины пучка кольцевого пучка. В миллиметровом диапазоне применение кольцевых электронных потоков может позволить обеспечить рекордные значения выходной мощности однолучевых клистронов.
Рис. 2. Зависимость увеличения силы тока I0 при замене сплошного пучка кольцевым при сохранении значения КПД от коэффициента заполнения пучка σb для различных значений толщины кольцевого пучка: (1) – σb=0,5; (2) – σb=0,6; (3) – σb=0,7; (4) – σb=0,8; (5) – σb=0,9.
Подробнее в журнале Известия Российской академии наук. Серия физическая.
Источник: ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.