Бородкін А. В., Балакірєв В. А., Рамазанов Р. 3., Сотников Г. В., Ткач Ю. В., Яценко Т. Ю. ІЕМІ, пр. Правди, 5, Харків-22, 61022, а / я 4580, Україна тел. / факс: 057-2-435952, e-mail: tatyana@iemr.vl.net.ua

Анотація Досліджено процес посилення потужних мікрохвиль в коаксіальному убітроне на базі потужнострумового релятивістського електронного пучка (СРЕП). Побудована теорія транспортування СРЕП в просторово періодичному магнітному полі коаксіального магнітного ондулятором (КМО). Чисельним методами досліджено процес посилення мікрохвиль в КМО.

I. Вступ

де г12 внутрішній і зовнішній радіуси СРЕП, вираз для сили Лоренца, що діє з боку власного електромагнітного поля, має вигляд

L (см)

Рис. 3. Ефективність посилення мікрохвиль в коаксіальному убітроне

Fig. 3. The efficiency of microwave amplification versus device length

Ефективність посилення мікрохвиль складає 17%, частота випромінювання 7.76 ГГц.

Розроблялися мікрохвильовий підсилювач наступного покоління буде мати потужність випромінювання порядку 1.0-1.2GW при струмі СРЕП 14 кА, енергії пучка 490 KeV і значення електронного ККД 18%. Можливі перспективи просування в мікросекундних область із збереженням рівнів потужності.

V. Список літератури

[1] Balcum A. Y., McDermott D. В., Phillips R. Н., Luhmann N. S. High-power coaxial ubitron oscillator: theory and design / / IEEE Trans. On Plasma Science. V. 26, N 3. P. 548-555. (1998).

[2]    Freund H. P., Jackson R. H., Pershing D. E., Taccetti

J. M. Nonlinear theory of free-electron laser based upon a coaxial hybrid wiggler// Plas. Physics. V. 1, N 4. P. 1046-1058. (1999).

[3] McDermott D. B., Balcum A. Y., Philips R. М., Luhman N. C. Periodic permanent magnet focusing of an annular electron beam and its application to a 250 MW ubitron free-electron maser / / V. 2, N 11. P. 4332-4337. (1995).

[4]    Jackson R. H., Bluem H. Micro-fabrication compatible wiggler design scalable to submillimeter periods // In Conf. Digest ofthe 14th Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves. P. 423. (1989).

[5] Березін Ю. А., Вшівков В. А. Метод часток в динаміці розрідженої плазми Новосибірськ:

Наука. 1980.

THEORY OF HIGH POWER COAXIAL UBITRON

Borodkin A. V., Balakirev V. A., Ramazanov P. Z., Sotnikov G. V., Tkatch Yu. V., Yatsenko T. Yu.

Institute of Electromagnetic Researches Kharkov, 61022, Ukraine. Phone: 057-2-435952 E-mail: tatvana(p)Jemr. vl. net, ua

Abstract Strong focusing of high current relativistic electron beam (REB) has been investigated in spatially periodic magnetic field of coaxial magnetic ondulator (CMO). Theory of the amplification of the intensive microwaves in coaxial ubitron has been developed.

I.  Introduction

Basic requirements to modern REB microwave high-power amplifiers and generators are weight reduction and size characteristics. There are two ways to solve the problem. First, abandoning focusing systems which based on solenoids and, second, system of periodic permanent magnets have to be used. This system is essentially lighter and smaller. Strong focusing allows transporting large REB currents and simultaneously using compact magnetic focusing system for amplification (generation) of microwaves. Coaxial ubitron based on the permanent ring magnets has all these advantages [1-3].

The theory of amplification of microwaves in such device is studied.

II.     Focusing REB by coaxial magnetic ondulator in the envelope approximation

Tubular REB is injected in a coaxial magnetic system consisting of two parts: internal and external ring periodic magnetic systems.

Set of nonlinear equations in the approximation of beam bending around borders of tubular REB that describes REB propagation in the coaxial drift chamber (CDC) is formulated.

III.    Full numerical simulation ofthe REB propagation process in CDC

Accuracy of the model describing REB transport in CDC is verified using 2.5-dimension model. Applied numerical method is based on PIC technique. Comparison of numerical calculation results in the approximation of borders envelope and full numerical simulation of transport in CDC proved that for 3 kA REB current the difference between results (the spatial period of modulation of REB current) is 10 %.

IV.    Amplification of microwaves in coaxial ubitron

Set of nonlinear equations of excitation for electromagnetic waves and the motion equations for REB particles of the REB is derived. Two prototypes of microwave amplifiers were investigated. The first one is calculated for 250MW REB power and the following parameters of the microwave amplifier: external radius of coaxial waveguide is 4 cm, internal radius is 2 cm, radius of electron beam is 3 cm, REB energy is 490 kV, beam current is 3 kA, strength of magnetic field is 3 kOe, the ondulator period is 3.9 cm. Efficiency of microwave amplification vs. device length is shown on Fig. 3. Microwave amplifier of the next generation will have microwave power 1.0-1.2 GW. REB Current is 14 kA, energy of electron beam is 490 kV and electron efficiency is 18 %.


Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.