Modification of the pierce instability of the electron flow in a diode with an external electromagnetic action

The stability of electron fiow passage through the diode with a neutralized space charge has been investigated on the basis of the first-order approximation for hydrodynamic and Maxwell equations. Classification of solutions to the equations was developed in accordance with the magnitude and nature (potential or eddy) of the electric field arising at the diode cathode. The stability regions for these states have been found. It is shown that the presence of external electromagnetic action makes the stability region narrower than that predicted by Pierce.На основе решения системы гидродинамических уравнений и уравнений Максвелла в первом приближении изучена устойчивость прохождения электронного потока через диод с компенсированным объемным зарядом. Проведена классификация решений уравнений в соответствии с величиной и характером (потенциальное или вихревое) электрического поля, возникающего на катоде диода. Найдены области устойчивости этих состояний. Показано, что наличие внешнего электромагнитного воздействия сужает область устойчивости по сравнению с предсказанной Пирсом.На основi розв'язання системи перших наближень гiдродинамiчних рiвнянь та рiвнянь Максвела вивчена стiйкiсть проходження електронного потоку через дiод з компенсованим об'ємним зарядом. Проведена класифiкацiя рiшень рiвнянь у вiдповiдностi з величиною та характером (потенцiйне або вихрове) електричного поля, що виникає на катодi дiода. Найдено областi стiйкостi цих станiв. Показано, що наявнiсть зовнiшнього електромагнiтного впливу звужує область стiйкостi порiвняно з передбаченою Пiрсом

Excitation of oscillations in the vircator with premodulation

The electronics flows dynamic in vircator premodulation diode has been studied. The problem on stationary states and disturbances in the first order approximation of interacting contrary flows-direct and reflected from virtual cathode. The expression describing for electron flows moving and theirs fields has been found. The excitation of oscillation in premodulation diode has been studied. The oscillation spectrum in electronics flows system travelling of premodulation diode vircator was found.Исследована динамика электронных потоков и возбуждение колебаний в предмодуляционном диоде виркатора. Найден спектр колебаний в системе электронных потоков, проходящих через предмодуляционный диод виркатора.Досліджена динаміка електронних потоків та збудження коливань у передмодуляційному діоді віркатора. Знайдено спектр коливань у системі електронних потоків, що проходять через передмодуляційний діод віркатора

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

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