ДИОД ПЛАЗМЕННОГО СВЧ-ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к электронике, в частности к электронно-лучевым приборам, предназначенным для генерации СВЧ-излучения, и может быть использовано при создании сильноточных релятивистских импульсных плазменных источников микроволн наносекундного диапазона.

Известно устройство [RU 2330347, C1, H01J 27/16 27.07.2008], содержащее соосные заземленный вакуумный корпус, в котором размещены последовательно вдоль оси устройства система дифференциальной откачки, состоящая из магниторазрядного и геттерного насосов, электродинамическая система с замедляющей структурой, соединенной с генератором водорода и выполненной в виде цепочки связанных резонаторов с осевым пролетным каналом и устройствами ввода и вывода СВЧ-энергии, присоединенную к вакуумному корпусу со стороны системы дифференциальной откачки электронную пушку с узлом термокатода, снабженного высоковольтным токовводом и электрически соединенным с вакуумным корпусом анодом, электрически изолированный от вакуумного корпуса и присоединенный к нему со стороны цепочки связанных резонаторов коллектор с датчиком давления, а также секционированный соленоид, секции которого охватывают прибор от термокатода до коллектора, причем в вакуумном корпусе в полости, которая ограничена по оси прибора коллинеарными выходным и входным торцами системы дифференциальной откачки и цепочки связанных резонаторов соответственно, размещен соосно оси прибора и закреплен один осесимметричный электрод с токовводом, а в полости, которая ограничена по оси прибора коллинеарными выходным и входным торцами цепочки связанных резонаторов и коллектора соответственно, размещен соосно оси прибора другой осесимметричный электрод с токовводом, причем каждый электрод выполнен с равным поперечному сечению пролетного канала осевым отверстием и электрически изолирован от вакуумного корпуса соответствующих коллинеарных торцов и друг от друга.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность. Известно также устройство [RU 2285975, C1, H01J 25/00, 27/16, 20.10.2006], содержащее пучково-плазменный СВЧ-прибор, высоковольтный источник питания, регулируемые источники прямого и электронного накала пушки, источники питания соленоида, генератора водорода и магниторазрядного насоса и датчики контроля параметров, соединенные с блоком управления, СВЧ-прибор содержит вакуумный цилиндрический корпус, в котором расположены электронная пушка с термокатодом и анодным узлом, встроенные магниторазрядный и геттерный насосы, объемный СВЧ-резонатор с замедляющей структурой и с устройствами ввода и вывода СВЧ-излучения, генераторы водорода, датчики давления, коллектор и соленоид, охватывающий тракт проводки пучка, при этом анодный узел выполнен в виде цилиндрической секции, торцы которой снабжены диафрагмами и в которую последовательно и аксиально к тракту пучка встроены магниторазрядный и геттерный насосы, замедляющая структура выполнена с азимутальными щелями связи, а вывод СВЧ-излучения снабжен ответвителем, соединенным с контуром обратной связи, содержащим датчик мощности и преобразователь, соединенный с регулятором источника питания электронного накала пушки и магниторазрядного насоса, коллектор выполнен изолированным от корпуса прибора и снабжен регулируемым источником и датчиком напряжения, соединенным через блок управления с датчиком напряжения в цепи высоковольтного источника питания, соленоид выполнен секционированным, а питание на секции, находящиеся вблизи коллектора, подано через регулируемые источники, соединенные с контуром обратной связи вывода СВЧ-излучения.

Это устройство также является относительно сложным.

Наиболее близким к предложенному является устройство (диод плазменного СВЧ-генератора) [Селиванов И.А., Стрелков П.С., Федотов А.В., Шкварунец А.Г. // Физика плазмы. 1989. Т. 15. №11. с. 1283], содержащее взрывоэмиссионный катод, формирующий трубчатый поток электронов, вакуумную камеру, которая одновременно служит заземленным анодом, заземленную диафрагму и электрод, ограничивающий плазму от катода, при этом электрод закреплен на диафрагме с помощью проводящих держателей.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно сильные искажения формы излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона, поскольку электроны пучка с кольцевым сечением бомбардируют держатели, в результате чего сечение пучка электронов становится сегментированным, на поверхности держателей образуется плазма, а сами держатели деформируются, что еще более усиливает искажения.

Задача, которая решается в предложенном изобретении, направлена на уменьшении искажений излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона.

Требуемым техническим результатом изобретения является уменьшение искажений формы излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее вакуумную камеру, которая служит заземленным анодом и в которой установлены взрывоэмиссионный катод, формирующий трубчатый поток электронов, электрод, установленный на одной оси с взрывоэмиссионным катодом и ограничивающий от него плазму, а также заземленную диафрагму, установленную между взрывоэмиссионным катодом и электродом, согласно изобретению введена металлическая спираль цилиндрической формы, соединяющая электрод и взрывоэмиссионный катод и размещенная на одной оси с ними, причем, диаметр витков металлической спирали соответствует диаметру формируемого взрывоэмиссионным катодом трубчатого потока электронов, а индуктивность L металлической спирали выбрана из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток трубчатого потока электронов.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого диода плазменного СВЧ-генератора.

Диод плазменного СВЧ-генератора содержит вакуумную камеру 1, которая служит заземленным анодом и в которой установлен взрывоэмиссионный катод 2, формирующий трубчатый поток электронов.

Кроме того, излучающий диод плазменного СВЧ-генератора содержит установленные в вакуумной камере 1 электрод 3, размещенный на одной оси со взрывоэмиссионным катодом 2 и ограничивающим от него плазму, а также заземленную диафрагму 4, размещенную между взрывоэмиссионным катодом 2 и электродом 3,.

Диод плазменного СВЧ-генератора содержит также металлическую спираль 5 цилиндрической формы, соединяющую электрод 3 и взрывоэмиссионный катод 2 и размещенную на одной оси с ними, причем диаметр витков металлической спирали 5 соответствует диаметру формируемого взрывоэмиссионным катодом 2 трубчатого потока электронов, а индуктивность L металлической спирали выбирала из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток трубчатого потока электронов.

Сопоставительный анализ предложенного устройства с устройством-прототипом показывает, что заявляемый диод отличается способом крепления ограничивающего плазму электрода, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "новизна".

Кроме того, в известных источниках информации не обнаружено сведений о возможности предложенного крепления ограничивающего плазму электрода с помощью спирали с целью снижения искажений генерируемой энергии. Следовательно, предложение отвечает критерию «изобретательский уровень».

Дополнительно к отмеченному все элементы устройства выполнены из распространенных материалов по известным технологиям, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию «промышленная применимость».

Работает диод плазменного СВЧ-генератора следующим образом.

Взрывоэмиссионный катод 2 формирует трубчатый поток электронов, который распространяется в вакуумной камере 1, которая одновременно служит заземленным анодом, и заземленную диафрагму 4 в направлении электрода 3, ограничивающего плазму от взрывоэмиссионного катода 2. Электрод 3 закреплен с взрывоэмиссионным катодом 2 с помощью спирали 5, которая не препятствует прохождению электронного потока и имеет индуктивность, предотвращающую шунтирование тока электронов с взрывоэмиссионного катода 2 через плазму на анод. Это достигается тем, что индуктивность спирали L выбирают из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток электронного пучка. Столь значительная индуктивность гарантирует, что реактивное сопротивление спирали 5 будет велико настолько, что ток электронного пучка не будет шунтирован, т.е. не будет распространяться в основном по плазме с малой проводимостью.

Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств (в частности тем, что введена металлическая спираль цилиндрической формы, соединяющая электрод и взрывоэмиссионный катод и размещенная на одной оси с ними, причем диаметр витков металлической спирали соответствует диаметру формируемого взрывоэмиссионным катодом трубчатого потока электронов, а индуктивность L металлической спирали выбрана из условия L>>UT/I, где U - напряжение на катоде, Т - длительность импульса напряжения на катоде, I - ток трубчатого потока электронов) достигается требуемый технический результат, заключающийся в уменьшении искажений формы излучаемого электромагнитного поля и соответственно генерируемых импульсов наносекундного диапазона.