в основному від електронів до електромагнітної хвилі. Однак, якщо швидкість обертання електронів навколо катода не співпадатиме з фазовою швидкістю електромагнітної хвилі, один і той же електрон буде поперемінно прискорюватися і гальмуватися хвилею, внаслідок ефективність передачі енергії хвилі буде невеликий. Якщо середня швидкість обертання електрона навколо катода збігається з фазової швидкістю хвилі, електрон може перебувати безперервно в гальмує області, при цьому передача енергії від електрона до хвилі найбільш ефективна. Такі електрони групуються в згустки (так звані В«спиціВ»), обертові разом з полем. Багаторазове, протягом ряду періодів, взаємодія електронів з ВЧ-полем і фазова фокусування в магнетроні забезпечують високий коефіцієнт корисної дії і можливість отримання великих потужностей.
В
3.2 Гіротрони
При русі електронів в магнітному полі H0 по гвинтових траєкторіях взаємодія електронів з електромагнітної хвилею, що розповсюджується вздовж магнітного поля E, відбувається при виконанні умови циклотронного резонансу (синхронізму), яке з урахуванням доплеровськой поправки має вигляд:
В
Тут - Постулат, швидкість електрона вздовж магн. поля H11, П‰ - частота хвилі, - компонента хвильового вектора k уздовж- циклотронна частота, - повна енергія, е - заряд електрона. З (1) ясно, що при s> = 1 в МЦР відсутня необхідність сповільнювати хвилю. Саме ця обставина, сближающее МЦР з квантовими генераторами, і визначає його переваги на міліметрових і субміліметрових хвилях перед традиційними СВЧ-генераторами - магнетроном, лампою біжучої хвилі (ЛБХ) та ін, де для здійснення синхронізму необхідно рух електронів поблизу сповільнює системи.
У МЦР перетворення енергії стаціонарного електронного пучка у випромінювання виявляється можливим завдяки угрупованню частинок полем "затравочной" хвилі. Утворені електронні згустки посилюють первинну хвилю (циклотронна нестійкість). Такий індукований процес відбувається в МЦР внаслідок: 1) залежно w, від енергії електрона (неізохронністю обертання), яка призводить до азимутальній угрупованню частинок, що міняють свою енергію в процесі взаємодії з хвилею; 2) відмінності поступальних зсувів, які набувають електрони, що потрапили в різні фази просторово неоднорідної хвилі; цей механізм призводить до поздовжньої (уздовж H0) угрупованню частинок.
При слаборелятівістскіх енергіях електронів найбільшого поширення набули генераторні і підсилювальні різновиди гіротрона (рис. 2). У гіротроне електрони слабо взаємодіють з полем нерегулярного хвилеводу на частоті, близькій до критичною, коли фазова швидкість хвилі. У таких умовах доплеровская поправка до частоти,, мала, завдяки чому знижується до мінімуму уширение спектральної лінії (Викликане розкидом поступальних швидкостей електронів) і тим самим підвищується електронний ККД. Відсутність сповільнює системи і можливість використання відкритих резонаторів роблять гіротрони потужними генераторами і підсилювачами діапазону міліметрових і субміліметрових хвиль.
Для реалізації гіротронов КВ-частини міліметрового і субміліметрового діапазонів потрібні інтенсивні магнітні поля H0 ~ 100 кЕ, які забезпечуються кріомагнітнимі системами або імпульсними соленоїдами.
4. Порівняння магнетронів і гіротронов
Як і в ін класичних НВЧ генераторах, в МЦР перетворення енергії стаціонарного електронного пучка у випромінювання виявляється можливим завдяки угрупованню частинок полем "Затравочной" хвилі. Утворені електронні згустки посилюють первинну хвилю (циклотронна нестійкість). Такий індукований процес відбувається в МЦР внаслідок: 1) залежно w, від енергії електрона (неізохронністю обертання), яка призводить до азимутальній угрупованню частинок, що міняють свою енергію в процесі взаємодії з хвилею; 2) відмінності поступальних зсувів, які набувають електрони, що потрапили в різні фази просторово неоднорідною хвилі; цей механізм призводить до поздовжньої (уздовж H0) угрупованню частинок.
При переході до релятивістським енергіях електронів ефективність гіротрона зменшується внаслідок занадто великий неізохронністю обертання частинок, що приводить до їх швидкого виходу з резонансу. Тому в релятивістської області енергій з гіротроном починає конкурувати ін різновид МЦР, в якій фазова швидкість хвилі близька до с і зміна wс компенсується відповідним зміною доплеровськой поправки (авторезонансу). У такому МЦР частота генерації може у багато разів перевищувати wс (режим лазера на вільних електронах).
Основною перевагою гіротронов є можливість досягнення високого рівня потужності в міліметровому і субміліметровому діапазонах довжин хвиль. Робота на високому рівні потужності вимагає розвиненого простору взаємодії, однак при цьому виникає необхідність селективного порушення робочого типу коливань, тобто проблема конкуренції мод в надрозмірні резонаторах, що представляють собою систему з числом ступенів свободи, рівною кількості по...
