Группировка электронов в генераторах типа "клинотрон". Клинотрон как умножитель частоты

Abstract

В работе проводится численное исследование группировки электронов в клинотроне с помощью разработанной нами ранее специальной программы, учитывающей специфику клинотронного режима. Исследуется трехмерное движение электронов в ограниченном (не бесконечном) фокусирующем магнитном поле. В результате численного исследования обнаружен эффект послойной группировки электронов в клинотронных генераторах. Чем дальше расположен электронный слой от поверхности замедляющей системы, тем позже происходит группировка электронов в сгустки в этом слое. Показано, что подбирая режим работы клинотрона и угол наклона фокусирующего магнитного поля к поверхности гребенки, можно обеспечить формирование плотных электронных сгустков в части пучка уже за пределами замедляющей системы клинотрона, где должна быть расположена вторая замедляющая система, работающая в режиме отборника мощности. Таким образом, доказана возможность использования клинотрона при создании умножителей частоты.

У роботі проведено числове дослідження групування електронів у клинотроні за допомогою спеціальної програми, яку ми розробили раніше для врахування специфіки клинотроного режиму. Досліджується тривимірний рух електронів в обмеженому (не безкінечному) магнітному полі. У результаті числового дослідження було виявлено ефект пошарового групування електронів у клинотронних генераторах: чим далі розташований шар електронів від поверхні системи для уповільнення хвиль, тим пізніше відбувається групування електронів у згустки в цьому шарі. Показано, що добираючи режим роботи клинотрона та нахил фокусуючого магнітного поля до поверхні гребінки, можна забезпечити формування щільних електронних згустків у частині пучка вже за межами уповільнюючої системи клинотрона, де має бути розташована друга уповільнюючи система, яка працює в режимі відбирача потужності. Таким чином, доведено можливість використовувати клинотрон при створенні помножувачів частоти.

In this article, numerical simulation of electron bunching is conducted in the clinotron by means of our previously in-house designed special computer program, which takes into account the specifics of the clinontron operational regime. Three-dimensional motion of electron is investigated in the finite focusing (guide) magnetic field. As a result of numeral simulations, we find the effect of “layer-by-layer” bunching of the electron beam in a clinotron-type oscillators. The farther an electron layer is located from the surface of the slow-wave structure the later electron bunching in that layer occurs. We show that singling out the clinotron operating regime and the slope angle of the guide magnetic field to the surface of the comb allows one to ensure the formation of dense electron bunches in the part of the beam outside the clinotron slow-wave structure, where the second slow-wave structure (working in the power-catching regime) must be located. Thus, the principal possibility of the clinotron use for designing a frequency multiplier is proved.