Балакірєв В. А., 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 сильна фокусування потужнострумового релятивістського електронного пучка (СРЕП) просторово періодичним магнітним полем коаксіального магнітного ондулятором (КМО), виконаного на постійних кільцевих магнітах з поздовжньою намагніченістю. Сформульовано умови оптимальної фокусування.

I. Вступ

(1)

З усього різноманіття мікрохвильових підсилювачів і генераторів на базі потужнострумових релятивістських електронних пучків (СРЕП) (карсінотрони, магнетрони, віркатори, MILO і ряд інших) вигідно виділяються убітрони. Вони відрізняються конструктивною простотою і мають при цьому високою ефективністю. У них використовуються гладкостінні електродинамічні системи, що забезпечує високу електричну міцність. Вельми перспективними є коаксіальні убітрони, в яких генерація (посилення) мікрохвиль здійснюється у відрізку коаксіальної лінії передачі [1-3]. В коаксіальної лінії граничний вакуумний ток СРЕП істотно підвищується [4], в порівнянні з циліндричним хвилеводом, використовуваним в традиційних убітронах. Це дозволяє при тих же габаритах камери дрейфу істотно збільшити транспортується струм і, отже, вихідну мікрохвильову потужність убітрона. І, навпаки, при заданому струмі СРЕП істотно зменшуються габарити системи, і, відповідно, і її вага.

Періодичне магнітне поле магнітних ондулятором виконує дві функції. З одного боку періодичне магнітного поле служить для фокусування СРЕП, що володіє потужними власними електромагнітними полями, а з іншого – для збудження інтенсивних мікрохвиль.

У цьому роботі викладено результати теоретичних досліджень транспортування СРЕП в коаксіальних магнітних ондулятором на постійних магнітах.

II. Просторова структура періодичного магнітного поля коаксіального ондулятором

Коаксіальний магнітний ондулятором (КМО) являє собою систему з двох послідовностей періодично розташованих кільцевих постійних магнітів з поздовжньою намагніченістю (рис. 1).

п (г) = ■

Перша періодична магнітна система розташована всередині центрального провідника (металевої труби) коаксіальної камери дрейфу (ККД). Друга періодична магнітна система охоплює зовнішню металеву трубу ККД. Між постійними магнітами знаходяться кільцеві полюсні наконечники, виконані з магнітомягкого матеріалу, наприклад, заліза. У періодичній магнітній системі намагніченість кільцевих магнітів періодично змінює напрям. Внутрішня і зовнішня магнітні системи орієнтовані так, що один проти одного розміщені постійні магніти з протилежно спрямованої намагніченістю. Будемо вважати, що товщина кільцевих

магнітів Lm дорівнює Lm=Lwl 4, де Lw період

магнітної системи КМО. Крім цього напруженості магнітного поля кільцевих магнітів на зовнішній поверхні (г = а внутрішня магнітна система) і на внутрішній поверхні (г = Ь зовнішня магнітна система) збігаються і дорівнюють Н0. В цьому

випадку компоненти магнітного поля КМО описуються наступними вираженнями

sin(nqw^) -bn cos(nqw%’)\F^

n=1

cos(nqw^) + bn sin(nqw^)]F^

cos(ttw)-1                      2 (nn\

де an =————————- , bn=—sin — , £ = z/a,

7ГП 71П V 2 j

k,=l7TlL,’ p = r I a , F^} (nqwp) = fnI0 (nqwp) ,

-g„Ko №wp),                            Flr> (m„p) = /„A (mwp) +

7                                                       Ir,inCl„,S) +h{nCl„,S)

+gK10nqwp), qw = ka , g_ = _2_i_i2L_————— ,

A,

s = b I a, Дn=I0(nqw)K0(nqws)-I0(nqws)K0(nqw) .

Аналіз виразів (1) показує, що поздовжня компонента магнітного поля при зміні радіуса b> г> а змінює знак і звертається в нуль в точці, приблизно, посередині ККД г = (а + Ь) / 2. Радіальна компонента Нг має в цій точці екстремум (максимум чи мінімум в залежності від значення поздовжньої координати).

III. Фокусування СРЕП коаксіальним магнітним ондулятором

Розглянемо процес транспортування СРЕП в КМО на постійних магнітах. Система рівнянь, що описує фокусування частинок СРЕП в періодичному магнітному полі ондулятором, містить рівняння руху в магнітному полі (1) і у власному електромагнітному полі СРЕП. У наближенні кусочно-однорідного профілю щільності СРЕП

b > r2> Г> rt> А, г> к, г,> г,

О,

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

A ~Pl 2 2 A “A J

00+ A-A

Q(p) = — p

1 1П77

гДе Уо = —————; ——- lnA, p = r I a , n = rji\,

2                                           77′ -1

де h

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