Экспериментальное исследование влияния качества электронного пучка на эффективность и самовозбуждение гироклистрона

Экспериментально исследованы функции распределения электронов по продольным скоростям в реальных (немоделированных) режимах работы двухрезонаторного гироклистрона. Показано, что с ростом параметра перемагничивания пучка α функция распределения плавно трансформируется от квазигауссовой до многогорбой. Основной причиной такой эволюции является продольная группировка пучка под воздействием низкочастотных колебаний пространственного заряда, накапливающегося в ловушке между катодом и магнитной пробкой с увеличением α. На стадии развитой неустойчивости электронный поток представляет собой последовательность электронных сгустков с сильно отличающимися продольными скоростями. Экспериментально показано, что максимум коэффициента полезного действия гироклистрона реализуется при некотором значении α=α_opt, когда функция распределения электронов по продольным скоростям является уже не квазигауссовой, но всё ещё имеет только один экстремум. При большем параметре перемагничивания (α>α_opt) эффективность гироклистрона резко падает, что связано с модуляцией плотности электронного пучка. В режимах с многогорбой функцией распределения выделенные в электронном потоке сгустки возбуждают высокочастотные колебания в выходном резонаторе независимо друг от друга в виде отдельных зон генерации по магнитному полю, имеющих одинаковую частоту, которая совпадает с частотой резонатора. Результаты расчётов положения зон генерации по магнитному полю с достаточной точностью совпадают с экспериментальными данными.