В. С. Андрушкевич, А. І. Торі, Ю. Г. Гамаюнов Саратовський державний університет

У Саратовському держуніверситеті накопичений багаторічний досвід по створенню генераторів і підсилювачів О-типу міліметрового діапазону довжин хвиль. Вже в кінці 50-х-початку 60-х років були розроблені ЛОВ типу клінотрон як безперервно перебудовувані в смузі більше 10%, так і оригінальні резонансні [1], які в короткохвильовій частині міліметрового діапазону забезпечували в безперервному режимі вихідні потужності десятки ват і 120 Вт відповідно. На основі розробленої теорії клінотрона [2] були виявлені принципові обмеження подальшого істотного збільшення потужності приладів з похилим стрічковим пучком. Тому надалі роботи проводилися по створенню потужних підсилювачів О-типу з циліндровим електронним пучком і електродинамічної системою типу ЦСР. Однією з перших була розроблена в довгохвильовому ділянці міліметрового діапазону імпульсна ЛЕВ з вихідною потужністю 150 Вт і посиленням 30 дБ, яка володіла такими ж придатними для практичного використання параметрами (прискорює напруга 13 кВ, струм променя 100 мА і маса приладу з магнітом менше 5 кг), як ЛБХ зарубіжних фірм (914Н, 913Н та ін.) [3, 4]. У розробленій потім “прозорою” ЛБХ, що працює при відносно малих прискорюючих напружених 14-15 кВ, вихідна імпульсна потужність становила 1 кВт при посиленні 11 дБ. Для порівняння зазначимо, що в унікальній за своїми параметрами ЛБХ RW-3010, розробленої фірмою Siemens [5], в безперервному режимі забезпечувалася потужність 1 кВт, але при більшому ускоряющем напрузі – 25 кВ.

Розробка потужних підсилювачів виявилася можливою на основі фундаментальних теоретичних досліджень з формування компресійних аксіально-симетричних пучків і створення методів оптимізації електронно-оптичних систем (ЕОС) [6], а також на основі вперше виявлених закономірностей транспортування циліндричних пучків при порушенні аксіальної симетрії магнітного поля. Було показано [7], що навіть невелике порушення аксіальної симетрії магнітного фокусирующего поля в протяжних системах може призводити до кумулятивним ефектам поперечного зміщення електронного пучка від осі. Уникнути цього вдається шляхом детермінованих реалізацій кутів орієнтації залишкового поперечного осьового магнітного поля, при яких здійснюється практично симетричне положення пучка в пролетном каналі [8]. У технологічному плані успіх в виготовленні експериментальних макетів значною мірою був забезпечений також завдяки застосуванню розробленого методу детермінованою комплектації осередків ЦСР [9], що дозволив істотно знизити жорсткі вимоги на механічні допуски при виготовленні окремих деталей, і, отже, уникнути необхідності застосування дорогого високопрецизійної обладнання. У наступні роки проводилися теоретичні та експериментальні дослідження зі створення клистронов з розподіленим взаємодією (КРВ). Були розроблені лінійна і нелінійна теорії КРВ [10] і комплекс оригінальних програм розрахунку їх амплітудних і частотних характеристик. Вперше був розроблений КРВ довгохвильової частини міліметрового діапазону з вихідною імпульсною потужністю більше 2,5 кВт, посиленням більше 35 дБ відносної смугою частот 0,8% і ККД 25%, що працює при порівняно невеликому ускоряющем напрузі 13,2 кВ. Відзначимо, що в клістроні цього ж діапазону частот ВКА-7852 [11], розробленому фірмою Varian США, забезпечувалася вихідна імпульсна потужність 2,6 кВт, посилення 50 дБ у відносній смузі частот 0,3%. Для створення потужних підсилювачів більш короткохвильового діапазону знадобилося знайти нові технічні рішення. Були розроблені оригінальні конструкції електронної гармати [12], системи резонатора [13], а також приладу, пакетованого з постійним магнітом [14]. В результаті досліджень був створений імпульсний КРВ середній частині КВЧ-діапазону з вихідною потужністю понад кіловата, смугою частот 0,, 25% і посиленням більше 30 дБ [14]. Прилад міг використовуватися також як генератора із зовнішнім зворотним зв’язком. Ускоряющее напруга в приладі становило 18 кВ, струм променя – 0,5 А. Необхідно відзначити, що в таких потужних приладах токопрохождения пучка в пролетном каналі значною мірою визначається впливом поперечних теплових швидкостей електронів, оскільки електронні гармати в них мають порівняно низький первеанс пучка і дуже високу його збіжність. Для зменшення токооседанія пучка на трубках дрейфу був запропонований метод придушення ефектів теплового руху електронів [15, 16]. Було показано [16], що для кожної ЕОС із заданими параметрами електронного пучка (прискорювальна напруга, первеанс, діаметр термокатодом, необхідний діаметр пучка) і рівня робочого магнітного фокусирующего поля є оптимальне значення магнітного потоку на катоді і оптимальна величина “холодної” компресії гармати, при яких досягається мінімальний теплової ореол пучка в пролетном каналі. У висококомпрессіонной ЕОС потужного КРВ [14], розробленої з використанням методу оптимізації, а також оригінальних конструкцій магнітнофокусірующей системи [17] та електронної гармати [12], забезпечувалося високу токопрохождения пучка при порівняно невеликих величинах магнітного фокусирующего поля – 0,6-0,65 Т. Для порівняння в висококомпрессіонной ЕОС з сітковим керуванням [18], призначеної для використання в КРВ типу VKB-2461 (Varian) з аналогічними параметрами пучка, це досягалося при величині магнітного поля 1,1 Т. Подальше вдосконалення розроблених потужних КРВ може бути спрямоване на істотне збільшення коефіцієнта посилення, наприклад за рахунок оптимізації електродинамічних систем [19, 20], застосування низьковольтного бестоковую управління електронним пучком [21], а також використання ефективних систем рекуперації енергії електронів відпрацьованих пучків [22, 23].

Література

1.        Андрушкевич В. С, Торі А. До Раретрон-розподілений-резонансний генератор О-типу: А.с. 40776 СРСР за заявкою 974089 кл. МКА АЛЕ 1J 21 g 13/17 з Приор. 10.05.66 р № 1/107 в патентному фонді ПЛО СГУ, Саратов, Росія.

2.        Андрушкевич В. С., Бородкін А. Я., Гамаюнов Ю. Г. Нелінійні ефекти клінотронних підсилювачів на зворотному хвилі // Тр. ІРЕ АН УРСР. 1969. Т. 16. С. 160-162.

3.        Hughes TWT and TWTA, 1980 Selection Guide, Catalogue / Hughes Aircraft Compani. Torrance, California. 1980. 7p.

4.        Hannan W. A., Kennedy T. B., Tammary J. Design of PPM focused high efficiency space TWT at millimetre wave- lengths.-In: IEDM, Washington-New York, N.Y., 1976. P. 377-380.

5.        SeunikH., Gross F., Wallender S., Wienzierl F. Microwave System News. 1974. V. 4. № 6/7. P. 43.

6.        Андрушкевич В. С, Баришніков І. В., Гамаюнов Ю. Г. Розрахунок електронних гармат з частковою магнітної екрануванням катода і вплив теплових швидкостей електронів на параметри електронного потоку // Електронна техніка. Сер. 1. Електроніка СВЧ. 1984. Вип. 6 (366). С. 43-48.

7.        Андрушкевич В. С. Ефекти поперечних зсувів тонких протяжних електронних пучків при порушенні аксіальної симетрії магнітного поля // Електронна техніка. Сер. Електроніка НВЧ. 1982. Вип. 11 (347). С. 39-43.

8.        Андрушкевич В. С., Гамаюнов Ю. Г, Сахаджа В. Ю. Транспортування електронних пучків в протяжних каналах при порушенні аксіальної симетрії магнітних періодичних фокусирующих полів // Листи в ЖТФ. 1985. Т. 11, вип. 8. С. 481-484.

9.        Андрушкевич В. С, Антонов Е. С., Семенов В. К, Торі А. І., Тупікін В. Д. Спосіб виготовлення сповільнює системи типу ланцюжка пов’язаних резонаторів приладів О-типу: А.с. 1090182 РФ кл.МКІ H01J 25/00 // Б.І. 1993. №41-42. С. 218.

10.     Андрушкевич В. С, Вирскій В. С, Гамаюнов Ю. Г., Шевчик В. Я. Підсилювальні клістрони з розподіленим взаємодією. Саратов: Изд-во Саратовського університету, 1977. 152 с.

11.     Roach В., Moen G., Acker A. Ka-Band Radar … -Wich Tube to Choose? // MSN ВЕСТ. 1987. V. 17, № 7. P. 93-96.

12.     Торі А. К, Собяніна E. В., Патрушева E. В., Фалькенгоф AE Електронна гармата СВЧ приладу О-типу: А.с. 1561741 РФ кл. МКІ HOI J 23/06 // Б.І. 1993. № 47-48. С. 189.

13.     Андрушкевич В. С, Торі А. І., Федоров В. К., Собяніна Є. В. Резонаторна система з розподіленим взаємодією СВЧ-приладу. А.с. 1529995 РФ кл. МКІ HOI J 25/00 // Б.І. 1993. № 47-48. С. 189.

14.     Андрушкевич В. С., Гамаюнов Ю. Г, Торі А. І., Федоров В. К. Потужний пакетований електровакуумний джерело КВЧ-випромінювання // Саратов: СГТУ, 1994. Тези доповідей на МНТК АПЕП-94. С. 3-4.

15.     Гамаюнов Ю. Г, Патрушева Є. В., Торев А. І. Про вибір магнітного поля на катоді в гарматах з частковою магнітної екрануванням // Електронна техніка. Сер. 1. Електроніка СВЧ. 1989. Вип. 10 (424). С. 54-56.

16.     Гамаюнов Ю. Г, Торі А. І., Патрушева Є. В. Розрахунок і експериментальне дослідження компресійної електронної гармати для ЕВП типу О короткохвильового діапазону довжин хвиль // Електронна техніка. 1998. Вип. 2 (172). С. 29-31.

17.     Торі А. І., Явчуновская В. Я., Шемчік З В., Бондаренко С. М. та ін. Магнітна фокусирующая система для СВЧ приладу: А.с. 1426331 РФ кл. МКІН01 J 23/087 // Б.И. 1994. №41-42. С. 218.

18.     Grant Т J., Garcia R., Miram G. V., Smith В. Bonded gried electron gun for 95 GHZ extended interaction amplifier (EIA) Int. Electron Divices Meet. Washington DC, 5-7, Dec, 1983 // Techn. Dig., New York, N. Y. 1983. P. 141— 143.

19.     Федоров В. К., Торі А. І. Розподілені та гібридні схеми взаємодії потужних пакетованих клистронов КВЧ-діапазону // Саратов: СГТУ, 1996. Тези доповідей на МНТК АПЕП-96. С. 68-69.

20.     Торі А. І., Федоров В. К. Вибір схем взаємодії пакетованих клистронов // Саратов: СГТУ, 1998. Матеріали доповідей на МНТК АПЕП-98. Т. 1. С. 257-260.

21.     Торі А. І., Гамаюнов Ю. Г, Патрушева Є. В., Собяніна Є. В. Електронна гармата сферичного типу: Пат. 2066497 РФ. // Б.І. 1996. № 25.

22. Торі А. І., Гамаюнов Ю. Г, Патрушева Є. В., Агададашев Ф. Г, Собяніна Є. В. СВЧ-прилад О-типу. Пат. 2019879 РФ. // Б.І. 1994. № 17.

Торі А. К, Гамаюнов Ю. Г, Патрушева Є. В., Агададашев Ф. Г СВЧ-прилад О-типу. Пат. 2081473 РФ. //Б.І. 1997. № 16.

Джерело: ВАКУУМНА СВЧ ЕЛЕКТРОНІКА: Збірник оглядів. – Нижній Новгород: Інститут прикладної фізики РАН, 2002. – 160 с.