Пениотрон: преимущества и недостатки, основные характеристики
Пениотрон — это прибор, в котором, в отличии от гиротрона, эффект стимулированного излучения электронов обусловлен смещением центра электронной орбиты в тормозящую фазу высокочастотным полем большой азимутальной неоднородности.
Эффект стимулирования был теоретически обнаружен в 1962 году и в этот же год было дано описание сверхвысокочастотного генератора на второй гармонике циклотронной частоты с конфигурацией, которая обеспечивает реализацию пениотронного механизма взаимодействия: азимутальное неоднородное высокочастотное поле формируется двумя парами продольных ламелей в прямоугольном волноводе. Позже была доказана высокая эффективность пениотронного взаимодействия в случае применения электродинамических систем «магнетронного» сечения.
Гиротрон — это электровакуумный сверхвысокочастотный генератор, который представляет собой разновидность мазера на циклотронном резонансе.
К основным характеристикам пениотрона относятся:
- Индукция магнитного поля
- Продольная скорость электронов.
- Номер синхронной гармоники.
- Фазовая скорость волны.
- Число азимутальных вариаций.
Пениотрон представляет собой прибор сверхвысоких частот, в котором может быть реализован почти идеальный по коэффициенту полезного действия процесс взаимодействия — все электроны трубчатого тонкостенного, соосно с азимутальной периодической электродинамической системой пучка, который вращается в продольном магнитном поле никак не зависит от начальной относительной фазы в Т-поле и они практически одинаково отдают свою энергию высокочастотному полю. Данное явление происходит в случае выполнения условия пениотронного синхронизма:
$1-vz/vф=P*L$
$Р=n-1$
$L=(e*B0)/(y*m*w)$
где vz – продольная скорость электронов; vф — фазовая скорость волны, которая имеет определенное количество азимутальных вариаций; n – количество азимутальных вариаций; Р — номер синхронной гармоники; B0 – индукция продольного магнитного поля в однородной среде.
Эффективность пениотронного взаимодействия будет высокой даже в случае увеличения номера синхронной гармоники до 10. К преимуществам пениотронов можно отнести:
- Необходимое магнитное поле пениотрона намного меньше, чем в гиротроне. Если пениотрон работает на резонаторе первого порядка (одна азимутальная вариация), то его магнитное поле будет в 2 раза меньше, чем в гиротроне, при работе на резонаторе второго порядка в 4 раза и т. д.
- Относительная простота подбора характеристик и параметров волновода, таким образом, чтобы нем могла распространяться рабочая мода требуемого диапазона длин волн и только в единственном экземпляре, что способствует отсутствию проблем конкуренции мод.
- Относительная простота электродинамической структуры.
- Легкость согласования электродинамической структуры.
- Возможность достижения коэффициента полезного действия близкого к единице.
Основной недостаток пениотронов заключается в том, что они имеют малый объем активной среды относительно масштаба длины волны, а также их применение сопровождается жесткими требованиями к электронной оптике
Схема пениотрона
На рисунке ниже представлен пример схемы пениотрона.
Рисунок 1. Схема пениотрона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 — катод; 2 — промежуточный анод; 3 — анод; 4 — поток электронов; 5 — магнетоподобный волновод; 6 — преобразователь волны; 7 — коллектор; 8 — магнитная фокусирующая система; 9 — корректирующий электромагнит; 10 — катодный магнит.
Поток электронов эмитируется обращенным магнетронным диодом. Первоначальная закрутка происходит при переходе электронов через реверс магнитного поля, а накачка осцилляторной скорости в неабадически нарастающем магнитном поле.
Из-за того, что при пениотронном механизме взаимодействия фазовая группировка электронов осуществляется благодаря поперечному сдвигу ведущего центра электронной орбиты, то такой вариант взаимодействия достаточно критичен к разбросу центров электронных орбит.
Наличие спада магнитного поля и реверса в области коллектора является причиной быстрой расфокусировки потока электронов и оседания его на коллектор в виде тонкого кольца, которое может вызвать локальный перегрев и неисправность устройства. Поэтому, при использовании магнитной фокусирующей системы на базе постоянных магнитов, должны приниматься специальные меры, направленные на увеличение площади оседания электронного потока на поверхности коллектора. В отличии от гиротронных устройств, которые функционируют в резистивных и криомагнитных соленоидах, зона оседания потока электронов в коллекторе пениотрона находится в непосредственной близости от места согласующего перехода между ним и областью взаимодействия.
