Создан и экспериментально исследован двухрезонаторный гироклистрон на частоте 35 ГГц с рабочим типом колебаний резонаторов ТЕ0 2 1, работающий в криомагните. Достигнута мощность выходного излучения в импульсном режиме 750 кВт с коэффициентом полезного действия (КПД) 24 %, коэффициентом усиления 20 дБ, шириной полосы усиливаемых частот 220 МГц (0,63 %) при ускоряющем напряжении пучка 74 кВ, токе 42,5 А и длительности импульса 100 мкс. В другом варианте гироклистрона была реализована ширина полосы рабочих частот 310 МГц (0,89 %) на уровне мощности 430 кВт. При фиксированных токе и напряжении пучка ограничение КПД и ширины полосы рабочих частот обусловлено самовозбуждением паразитных колебаний в выходном резонаторе на моде ТЕ2 2 1. Ограничение наибольшей мощности выходного излучения на уровне 750 кВт связано с возникновением высокочастотного разряда в выходном резонаторе из-за ухудшения в нём вакуума вследствие разогрева его внутренней поверхности за счёт омических потерь. Теоретически предсказано и экспериментально продемонстрировано сильное влияние аксиального распределения статического магнитного поля в пространстве взаимодействия на КПД и мощность выходного излучения. За счёт подбора оптимальной продольной структуры магнитного поля с помощью соленоидов и магнитных экранов в эксперименте удалось повысить КПД и мощность гироклистрона в 1,3 раза по сравнению со случаем однородного распределения магнитного поля.

На английском языке
Development and experimental study of a pulsed megawatt ka-band gyroklystron at IAP RAS
Zasypkin E.V.
Gachev I.G.
Sokolov E.V.
Antakov I.I

We have developed and studied experimentally a two-cavity gyroklystron operating at a frequency of 35 GHz and the operating cavity mode ТЕ0 2 1 in a cryomagnet. The output radiation power achieved in the pulsed regime is 750 kW with an efficiency of 24%, a gain of 20 dB, and the bandwidth of the amplified frequencies equal to 220 MHz (0.63%) at an accelerating beam voltage of 74 kV, a current of 42.5 A, and a pulse duration of 100 μs. The bandwidth of the operating frequencies equal to 310 MHz (0.89%) was achieved at another variant of the gyroklystron at a power level of 430 kW. At the fixed current and beam voltage, the limitation of the efficiency and the bandwidth of the operating frequency is determined by self-excitation of spurious oscillations in the output resonator at the ТЕ2 2 1 mode. The limitation of the highest power of the output radiation at a level of 750 kW is due to the formation of a high-frequency discharge in the output resonator as a result of heating of its internal surface at the cost of ohmic losses. Strong influence of the axial distribution of the static magnetic field in the interaction space on the efficiency and the power of the output radiation was predicted theoretically and demonstrated experimentally. By finding an optimal longitudinal structure of the magnetic field using solenoids and magnetic shields, we managed to increase the efficiency and the power of the gyroklystron in the experiment by 1.3 times compared to the case of the homogeneous distribution of the magnetic field.