7.3. Гирокон.

Современная модификация гирокона была предложена в 1967 г. Г.К. Будкером (Новосибирск). В то время был необходим СВЧ прибор, который можно было бы использовать в качестве длинноимпульсного источника мощностей порядка сотен МВт в дециметровом диапазоне длин волн для использования в ускорителях частиц. Можно было, конечно, пойти по пути сложения мощностей от большого количества традиционных приборов (например, триодов), но Будкер с сотрудниками пошли по другому пути. Они решили создать прибор с осевой симметрией, в котором как в магнетроне, осуществляется синхронное взаимодействие электронов с бегущей в азимутальном направлении волной. Но вместо того, чтобы формировать сгустки электронов, они использовали взаимодействие с волной вращающегося в азимутальном направлении электронного пучка.

Конструкция одного из типов гирокона показана схематически на рис.7.3.

Рис.7.3.

Электронный пучок, сформированный электронной пушкой, направлялся через резонатор круговой развертки и отклоняющую систему в выходной резонатор. По выходе из резонатора электроны пучка попадали на коллекторную систему. Для развертки в гироконе используется цилиндрический резонатор с вращающимся магнитным полем в зоне, где проходит электронный луч. Схематическое изображение резонатора развертки

и распределение полей в нем в данный фиксированный момент времени показано на рис.7.4.

Рис.7.4

Два ввода, разнесенные по азимуту на четверть окружности, питаются от источника входной мощности со сдвигом фаз на /4, что обеспечивает поляризацию магнитного поля, показанную на рисунке. Стрелкой указано направление вращения поля. Магнитное поле в резонаторе вращает и отклоняет проходящий через него электронный луч, который по выходе из резонатора в пространстве дрейфа перед отклоняющей системой движется по конической поверхности. В отклоняющей системе электронный луч поворачивается и входит в кольцевой выходной резонатор параллельно его оси. В выходном резонаторе (свернутый в кольцо прямоугольный волновод), настроенном на частоту развертки

электронного пучка, возбуждается бегущая по азимуту волна, поле которой тормозит электроны. Настройка выходного резонатора состоит в том, что длина его окружности подбирается равной длине волны на частоте входного сигнала.

В результате передачи энергии от электронов мощность выходного сигнала существенно превышает мощность входного. Гирокон, по существу, является своеобразным усилителем, так как частота входного сигнала задает частоту выходного. Чтобы обеспечить высокую “чувствительность” электронного пучка по отношению ко входному сигналу, принципиально велики должны быть продольные его размеры. Большое отклонение электронов пучка достигается в пространстве его дрейфа между входным резонатором и отклоняющей системой. Это позволяет малым ВЧ полем отклонить его на достаточно большие углы. Но при большой протяженности пучка важно исключить его расфокусировку. Помогает этому самосжатие пучка собственным магнитным полем, существенное при релятивистских скоростях электронов. Именно по этой причине гироконы - принципиально релятивистские приборы. Обычно, они работают при энергиях электронов 0,5eU3,0 МэВ.

Ограниченные возможности в смысле частоты круговой развертки электронного пучка и конечные размеры его поперечного сечения ограничивают возможности продвижения этого класса приборов в диапазон высоких частот.Лучше всего они зарекомендовали себя в метровом и дециметровом диапазонах длин волн. Созданные в Новосибирском ИЯФ гироконы на частоте 430 Мгц и при ускоряющем электроны напряжении 2 МВ дают выходные мощности около 200 МВт. При этом их коэффициент усиления около 25 дБ, а КПД больше 80 %. Максимальные коэффициенты усиления в таких приборах достигают ориентировочно 40 дБ. Гироконы удается эксплуатировать в режиме длинных импульсов больше 10 мкс.