Электрически перестраиваемые гирогелитроны со скрещенными полями

В классических гиротронах частота ωгенерации ω ≈ kω_н, где ω_н = еB₀/m – циклотронная частота вращения электрона в однородном продольном магнитном поле с индукцией B₀, е – заряд электрона, m – масса электрона, k = 1, 2, 3… – номер рабочей гармоники циклотронной частоты. То есть перестройка частоты генерации ω возможна только за счет изменения B₀. Такой путь не очень удобен: необходима дополнительная (управляющая) обмотка соленоида. Эта трудность может быть устранена в гиротронах со скрещенными полями – электрическим ₀ и магнитным ₀, причем ₀ ⊥₀ . В таких гиротронах возможна перестройка частоты за счет изменения E₀, которая может быть реализована, по крайней мере, в двух случаях: гиротрон на коаксиальном резонаторе с радиальным E₀; четырехзеркальный гиротрон на бегущих Т-волнах с поперечным по отношению к ₀ и к направлению бегущих волн однородным ₀. В первом типе гиротрона моновинтовой электронный поток имеет угловую частоту вращения , где , , ΔV  – разность потенциалов между внутренним (радиус b₁) и внешним (радиус b₂) проводниками коаксиала, r₀ – радиус вращения пучка. Таким образом, частота генерации ω ≈ kω_н определяется как при помощи B₀, так и ΔV. Причем при ΔV = 0 прибор становится классическим высокоорбитным гиротроном, при B₀ = 0 – классическим гелитроном. Поэтому при B₀ ≠ 0 и ΔV ≠ 0 его следует назвать гирогелитроном, частота генерации которого перестраивается электрическим способом – изменением ΔV. В статье приведены схемы конструкций гирогелитрона и двухпучкового четырехзеркального гиротрона. В том и другом случаях указаны пьезоэлектрические устройства синхронной перестройки частоты резонатора, что делает приборы полностью электрически управляемыми. Для гирогелитрона получены следующие результаты. Поле резонатора – H₂₁₁, взаимодействие на второй гармонике ω_s; а) узкополосная перестройка 10 %: максимальный КПД = 55 %, минимальный КПД = 25 %; β₀ = v₀/c = 0,27; q = v_0⊥/v_|| = 2; б) широкополосная перестройка 58 %: максимальный КПД = 18 %, минимальный КПД = 14 %; β₀ = v₀/c = 0,2; q = v_0⊥/v_|| = 2. Полученные для гирогелитрона результаты указывают на перспективность использования электрической перестройки частоты в коаксиальной гиро-ЛОВ и полосы усиления в гиро-ЛБВ, поскольку в этих приборах нет необходимости в пьезоэлектрической перестройке электродинамических структур.

1. Чернов, З. С. Методы фокусировки электронов в современных приборах СВЧ / З. С. Чернов // Радиотехника и электроника. 1958. Т. 3, № 10. С. 1227–1235.

2. Wotkins, D. A. The Helitron Oscillator / D. A. Wotkins, G. Wada // Proceedings of the IRE. 1958. Vol. 46, No 10. P. 1700–1712.

3. Pantell, R. H. Small-Signal Analysis of the Helitron Oscillator / R. H. Pantell // IRE Trans. 1960. ED-7, Nо 1. P. 20–34.

4. Nunn, W. M. Some Characteristics of Certain Electrostatically-Focused Devices / W. M. Nunn, J. E. Rowe // Proceedings of the IRE. 1962. Vol. 50, Nо 1. P. 110–121.

5. Wada, G. Design, Theory and Characteristics of the Helitron – a New Type of Microwave Oscillator / G. Wada, R. H. Pantell // I.R.E. Wescon Convent. Rec. 1959. Vol. 3, Nо 3. P. 92–118.

6. Lindsay, P. A. Some General Properties of E-type Devices / P. A. Lindsay, J. Caunter // Mikrowellen, Vortrage der Internationalen Tagung. 1960. Vol. 1. P. 224–241.

7. Кураев, А. А. Стартовые условия в генераторах E-типа / А. А. Кураев, Б. Н. Романов, В. Н. Шевчик // Радиотехника и электроника. 1964. Т. 9, № 6. С. 983–993.

8. Кураев, А. А. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками / А. А. Кураев. Минск: Наука и техника, 1971, 312 с.

9. Прибор для генерации электромагнитных колебаний в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн: а. с. СССР № 223931 / А. В. Гапонов, А. Л. Гольденберг, М. И. Петелин, В. К. Юлпатов. Опубл. 24.03.1967.

10. Запевалов, В. Е. Гиротрон: пределы роста выходной мощности и КПД / В. Е. Запевалов // Известия вузов. Радиофизика. 2006. Т. 49, № 10. С. 864–871.

11. Запевалов, В. Е. Терагерцовые гиротроны / В. Е. Запевалов, М. Ю. Глявин // Сборник «Генерация и усиление сигналов терагерцового диапазона». Саратов: изд. СГГУ, 2016. 460 с.

12. Кураев, А. А. Теория и оптимизация электронных приборов СВЧ / А. А. Кураев. Минск: Наука и техника, 1979, 334 с.

13. Harriet, S. B. Construction of a Large-Orbit Second-Harmonic TE21 Gyro-TWT Amplifier / S. B. Harriet, D. B. McDermott, N. C. Luhmann // Proceeding of IVEC–2005. P. 293–296.

14. Кураев, А. А. Электродинамика и распространение радиоволн / А. А. Кураев, Т. Л. Попкова, А. К. Синицын. М.: Инфра-М, 2016. 424 с.