A relativistic magnetron-type source of nanosecond-length pulsed radiation in the 8 mm waveband

The paper describes an up-graded facility for studying performance of a high voltage pulsed magnetron of the 8 mm operation waveband. A pulse forming driving source of high output impedance is offered, yielding voltage amplitudes up to 40 kV and pulse durations about 25 ns, which provides for matching of the liquid-filled pulse forming line with the magnetron and lack of hydraulic strains. As a result, operation of the magnetron is stabilized and reproducibility of the output parameters greatly increased.Наведено результати модернізації установки для дослідження робочих режимів високовольтного імпульсного магне-трона діапазону 8 мм. Запропоноване і створене нове високоомне джерело формування імпульсів, що мають значення напруги до 40 кВ і тривалості до 25 нс. Джерело живлення, що було запропоноване, забезпечує узгодження лінії формування імпульсів з магнетроном і відзначається відсутністю гідравлічних ударів. Як результат маємо підвищення стабільності роботи магнетрона, покращення керованості режимами роботи і відтворення результатів.Представлены результаты модернизации установки для исследования рабочих режимов высоковольтного импульсного магнетрона диапазона 8 мм. Предложен и создан новый высокоомный источник формирования импульсов напряжением до 40 кВ и длительностью 25 нс, обеспечивающий согласование линии формирования импульсов с магнетроном и отсутствие в ней гидравлических ударов. В результате повышена стабильность работы магнетрона, управляемость его режимами и воспроизводимость результатов

Video pulse conversion into a radio frequency pulsed waveform of complex composition

The paper is a feasibility study for a nonlinear wave guiding structure, based on a coaxial line with a magnetized ferrite core inside, to form broadband pulsed signals with a controllable radio-frequency spectrum. A set of two serially connected coaxial guides of different diameters of order 10¹ mm is analyzed, where the ferromagnetic is subjected to an axial magnetizing field and the azimuthal field belonging to the initially incident video pulse. Possibilities have been demonstrated for a targeted alteration, over a broad band like Δf/f = 0.25…0.55, of the waveform and gigahertz-range frequency spectrum of the output signal. In case of employing a feeding high-voltage signal of relatively short duration it may become possible to implement the Peak Power Amplification operating mode.Досліджується можливість використання нелінійної хвилеводної системи на основі коаксіальної лінії з намагніченим феритовим керном для формування широкосмугового імпульсного сигналу з керованим радіочастотним спектром. Розглянуто систему двох послідовно з’єднаних ліній з різними діаметрами порядку 10¹ мм, у котрой на феромагнетик діють аксіальне магнітне поле підмагнічування та азимутальне поле первинного відеоімпульсу. Продемонстровано можливість цілеспрямованої зміни форми та частотного спектру вихідного сигналу (діапазону одиниць гігагерц) у широких межах, Δf/f = 0.25…0.55. Зокрема, за малої тривалості первинного сигналу можливим є так званий режим підсилювача пікової потужності.Исследуется возможность применения нелинейной волноведущей системы на основе коаксиальной линии с намагниченным ферритовым керном для формирования широкополосного импульсного сигнала с управляемым радиочастотным спектром. Рассмотрена система двух последовательно соединенных линий разного диаметра порядка 10¹ мм, в которой на ферромагнетик действуют аксиальное поле подмагничивания и азимутальное магнитное поле первичного видеоимпульса. Продемонстрована возможность целенаправленного изменения формы и частотного спектра выходного сигнала (диапазона единиц гигагерц) в широких пределах, Δf/f = 0.25…0.55. В частности, при малой длительности первичного импульсного сигнала возможен так называемый режим усиления пиковой мощности

Millimeter-wavelength relativistic magnetron: problems of microwave power extraction

The relativistic magnetrons operating at millimeter wavelengths demonstrate problems with microwave power extraction, both in the radial and in axial direction. The preferred axial extraction concept can be implemented either as ‘diffractional output’ or via introduction of additional resonant elements into the output waveguide. In this paper several solutions for axial-directed extraction are discussed, including circular ring ‘antennas’ at the end of the anode-cathode space, and resonance-length rods at the faces of the anode-block cavities. These have allowed increasing the power extraction efficiency by a factor of 10¹ to 10².У міліметровому діапазоні довжин хвиль дослідники релятивістських магнетронів стикаються з проблемами щодо ефективності виведення мікрохвильової енергії – як у радіальному напрямку циліндричної структури, так і в аксіальному. Аксіальний спосіб, котрому надається перевага, може бути реалізованим або в суто дифракційних техніках, або шляхом введення в структуру вихідного хвилеводу додаткових резонанс них елементів. Обговорюються декілька методів аксіального виведення, включаючи розміщення петлевих антен на кінцевій площині анод-катодного блоку або штирів резонансної довжини біля резонаторів структури уповільнення. Такі заходи дозволили підвищити ефективність виведення мікрохвиль у системах, що розглянуто, у 10¹…10² разів.В миллиметровом диапазоне длин волн исследователи релятивистских магнетронов сталкиваются с проблемой низкой эффективности вывода микроволновой энергии из цилиндрической структуры – как в радиальном направлении, так и в аксиальном. Аксиальный вывод, которому отдается предпочтение, технически может быть реализован либо за счет дифракционных эффектов, либо путем введения в структуру выходного волновода дополнительных резонансных элементов. Обсуждаются несколько методов аксиального вывода, в том числе путем размещения петлевых антенн в концевой плоскости анод-катодного блока или штырей резонансной длины вблизи резонаторов замедляющей системы. Такими методами удалось повысить эффективность вывода энергии в рассмотренных системах в 10¹…10² раз

Special traits of the millimeter wave relativistic magnetron

A 8 mm band relativistic magnetron is investigated experimentally and by means of numerical simulation. The physical effects are analyzed which influence negatively the r.f. generation. The processes capable of reducing effectiveness of the generation and duration of the generated pulse include forward and backward axial flows of electrons, and intense electric fields – the generated microwaves and the fields owing to the space charge.Экспериментально и методами численного моделирования проведено исследование релятивистского магнетрона 8-миллиметрового диапазона и анализ факторов, оказывающих негативное действие на генерацию. Отмечается, что к процессам, уменьшающим эффективность и длительность импульса генерации, относятся прямые и обратные осевые потоки электронов, интенсивные собственные ВЧ-поля и поля объемного заряда.Експериментально й методами чисельного моделювання досліджено релятивістський магнетрон діапазону 8 мм та проведено аналіз факторів, що негативно впливають на генерацію. Визначено, що до процесів, котрі зменшують ефективність та тривалість імпульсу генерації, відносяться прямі та зворотні осьові потоки електронів, інтенсивні власні ВЧ-поля і поля об’ємного заряду

Features of exciton transport in J-aggregates of amphi-PIC

The experimental results concerning the efficiency of exciton migration under the exciton selective excitation within the amphi-PIC -J-aggregate absorption band at different temperatures are presented. To detect the exciton migration, the luminescence of exciton traps, which are molecules capable of energy capturing as an exciton approaches has been used. Exciton states have been shown to exhibit different mobility within the -J-aggregate absorption band. Excitons in the J-band absorption maximum provide an effective energy transfer to the trap. The efficiency does not change within 20-70 К temperature range and decreases monotonously in the 70-300 К one. At the longer-wavelength edge of the absorption -J-band, excitons are strongly localized. In the 70-300 К range, energy transfer to traps reveals a complicated temperature dependence and activation character.Представлены экспериментальные результаты исследования эффективности миграции экситонов при их селективном возбуждении в пределах полосы поглощения J-агрегатов amphi-PIC при разных температурах. Для детектирования миграции экситонов использовалась люминесценция экситонных ловушек-молекул, способных перехватывать энергию при приближении экситона. Показано, что экситонные состояния в пределах полосы поглощения J-агрегатов обладают разной подвижностью. Экситоны в максимуме полосы поглощения обеспечивают эффективный перенос энергии, который остается неизменным в диапазоне температур 20—70 К и монотонно спадает при изменении температуры в диапазоне 70-300 К. На длинноволновом краю полосы поглощения экситоны сильно локализованы, в диапазоне температур 70-300 К перенос энергии к ловушкам носит активационный характер и имеет сложную немонотонную темпера-Представлено експериментальні результати дослідження ефективності міграції екситонів при їх селективному збудженні у межах смуги поглинання -J-агрегатів amphi-PIC при різних температурах. Для детектування міграції екситонів використовувалася люмінесценція екситонних пасток — молекул, що здатні перехоплювати енергію при наближенні екситону. Показано, що екситонні стани у межах смуги поглинання J-агрегатів мають різну рухливість. Екситони у максимумі смуги поглинання забезпечують ефективний перенос енергії, який залишається незмінним у діапазоні температур 2070 К та монотонно спадає при зміні температури у діапазоні 70-300 К. На довгохвильовому краї смуги поглинання екситони сильно локалізовані, у діапазоні температур 70-300 К перенос енергії на пастки носить активаційний характер та має складну немонотонну температурну залежність