Эффективные релятивистские генераторы наносекундных импульсов в миллиметровом диапазоне длин волн

Предложена и исследована схема генератора микроволновых импульсов в диапазонах частот около 37 и 73 ГГц, в которой сочетаются взаимодействие электронов как с (-1)-й гармоникой встречной волны ТМ02, так и с синхронной замедленной волной ТМ01 в секционированной замедляющей системе со средним диаметром 2,5λ. Эффективная модуляция тока на входе замедляющей системы обеспечивается в области катод-анодного зазора и секции согласования, которая понижает дифракционные потери потока энергии, направленного в сторону катода. Численное моделирование показывает, что эффективность преобразования мощности электронного пучка в микроволновое излучение составляет до 50%. Эксперименты демонстрируют устойчивый режим генерации субгигаваттных импульсов при эффективности более 40% в верхней части миллиметрового диапазона с воспроизводимой пространственной структурой волны, отвечающей преимущественно волне ТМ01 на входе в излучающий рупор.

На английском языке

High-Efficiency Relativistic Generators of Nanosecond Pulses in the Millimeter-Wavelength Band

Rostov V.V.

Tsygankov R.V.

Stepchenko A.S.

Koval'chuk O.B.

Sharypov K.A.

Shunailov S.A.

Ul'maskulov M.R.

Yalandin M.I.

We propose and study a scheme of a microwave pulse generator operating in the frequencies range about 37 and 73 GHz, in which the electron interaction with both the (-1)st harmonic of the counterpropagating TM02 mode and the synchronous decelerated TM01 mode is combined in a sectionalized slow-wave system with an average diameter of 2.5λ. An effective current modulation at the input to the decelerating system is ensured in the region of the cathode–anode gap and the matching section, which reduces diffraction losses of the energy flow directed towards the cathode. Numerical modeling shows that the efficiency of converting the electron beam power to microwave radiation is up to 50%. Experiments demonstrate a stable regime of generation of subgigawatt pulses at an efficiency of more than 40% in the upper part of the millimeter-wavelength band, which have a reproducible spatial wave structure corresponding predominantly to the TM01 mode at the input to the emitting horn.