Закритический режим магнетрона в условиях переменного магнитного поля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

УДК 537.86.029

В.Б. Байбурин, А.С. Розов

ЗАКРИТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МАГНЕТРОНА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Проведён анализ поведения электрона при закритическом режиме магнетрона, авторами показано, что электрон может достичь анода при закритическом режиме работы магнетрона в условиях переменного магнитного поля.

Закритический режим, магнетрон, переменное магнитное поле V.B. Baibiirin, A.S. Rozov THE MAGNETRON SUPERCRITICAL REGIME UNDER A VARIABLE MAGNETIC FIELD

In this paper the authors analyze the electron behavior under a supercritical operation mode of a magnetron. The authors show that an electron can reach an anode under the supercritical magnetron operation in conditions of a variable magnetic field.

Supercritical regime, magnetron, variable magnetic field

Известно, что под закритическим режимом магнетрона понимается такое соотношение статических полей: электрического и магнитного, при котором электрон не может достичь анода в отсутствии высокочастотных (ВЧ) полей [1]. В [2, 3] показано, что учёт переменного магнитного поля существенно влияет на характер электронных траекторий и явления энергообмена частицы с электромагнитным полем. В статье показано, что в отсутствие ВЧ поля в условиях переменной магнитной индукции возможно достижение электроном анода, несмотря на то, что амплитудные значения магнитной индукции соответствуют закритическим режимам. Анализ проводился применительно к схеме плоского магнетрона на рис. 1.

Рис. 1. Схема плоского магнетрона, на рисунке отмечены: с1 - расстояние анод-катод Ео, Вф - действующие поля: Ео - статическое электрическое поле, Вф - магнитная индукция. Цифрами отмечены: 1 - анод, 2 - катод

Уравнения движения заряда в скрещенных полях в присутствии переменной магнитной индукции с частотой (здесь и далее = ЛВо - циклотронная частота, В0 - статическая магнитная

индукция,^ = — - удельный заряд электрона) имеют вид

те

х = лВ(Ь)у

где Е0 - статическое электрическое поле:

у = tjEq - TjB(t)x

(1)

Вестник СГТУ. 2014. № 2 (75)

. (2)

и0 - величина постоянного потенциала.

Рассмотрим два вида зависимости магнитной индукции от времени: в первом случае магнитная индукция определялась следующей зависимостью:

5(0 =£0+7^(^0, (3)

во втором случае

В(0=у*™(шв0. (4)

Зависимость (4) имеет знакопеременный характер. Во - статическая составляющая магнитной индукции. Система уравнений (1) решалась численно методом Рунге - Кутта IV порядка точности [2]. Рассмотрим изменение частот Шв в диапазоне: 0,0Шо - 10^.

Вначале рассмотрим результаты с учётом соотношения (3). Расчёты показали, что в диапазоне частот магнитного поля Шв: 0,0Шо < Шв < 1,1^о имеет место достижение электронами анода, при этом чем ниже частота Шв, тем длительнее время пролёта. Наименьшее время пролёта наблюдается при резонансе шв = й0.

Соответствующие траектории показаны на рис. 2.

Рис. 2. Траектория электрона в следующих условиях, и0= 1000 В, £0 = 0,01 Тл. На рисунке показаны различные частоты шв: (а) ш в = П0, (б) шв = й0/2

На рис. 3 представлены траектории для Шв > 1,1^0, как видно на рисунке, траектории не достигают анода.

а б

Рис. 3. Траектория электрона в следующих условиях, U0= 1000 В, В0 = 0.01 Тл. На рисунке показаны различные частоты шв. (а) ш в = 2Л0, (б) шв = 10Ло

Рассмотрим случай знакопеременной магнитной индукции (4), диапазон частот Шв: 0.01^В0 -10^В0.Как показали расчёты, во всём рассмотренном диапазоне частот имеет место достижение электронами анода, соответствующие траектории представлены на рис. 4.

•0,04 41,02 0,00 0,02 0,04 0,06

-0,004 41,002 0,000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

-0,005 -0,004 -0,002 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01

Рис. 4. Траектория электрона в следующих условиях, U0= 1000 В, В0 = 0.01 Тл. На рисунке показаны различные частоты шв. (а) ш в = П0/2, (б) ш в = П0 ,(в) шв = 2П0, (г) шв = 2П0.

Полученные результаты могут представлять интерес при анализе закритических режимов работы магнетронов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т. 2 / И.В. Лебедев М.: Высш. шк., 1972. 376 с.

2. Розов А.С. Моделирование траекторий зарядов в цилиндрическом пучке при переменном магнитном поле / А.С. Розов, В.Б. Байбурин // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. № 8. С 1-4.

3. Байбурин В.Б. Численное моделирование ларморовых орбит в высокочастотном поле / В.Б. Байбурин, А.С. Розов // Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Электроника и измерительная техника, радиотехника и связь. 2013. Вып. 8. № 23(126). С. 7-10.

4. Турчак П.А. Численные методы / П.А. Турчак. М.: Физматлит, 2003. 226 с.

Байбурин Вил Бариевич -

доктор физико-математических наук, профессор заведующий кафедрой «Информационная безопасность автоматизированных систем» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. Розов Александр Станиславович -аспирант кафедры «Информационная безопасность автоматизированных систем» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А.

Vil B. Baiburin -

Ph. D., Professor,

Head: Department of Information Security of Automated Systems,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Alexander S. Rozov -

Postgraduate

Department of Information Security of Automated Systems,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 17.04.14, принята к опубликованию 20.06.14

13