О возможности создания клистронов с 3D группировкой электронного потока

Abstract

A new principle of electron beam grouping is proposed, which can be formulated as follows. Electrons with cyclotron rotation, having equal initial longitudinal velocities and entering inhomogeneous magnetic field, having different initial input coordinates, move as a result along different trajectories, experiencing different effect of the inhomogeneous magnetic field and, therefore, different change of longitudinal velocity. As a result of periodic changes of electron’s input conditions, the continuous electron beam turns into a sequence of periodic electron concentrations. The principal difference of the considered 3D grouping of the electron beam from usual electron bunching during one-dimensional motion is that electron concentrations may not be accompanied by an increase of the spatial charge density. Due to the fact that the electron trajectories are three-dimensional and do not coincide with the axis of the grouping region, electron concentrations will be distributed over the cross-sectional area of the drift tube. As a result, the spatial charge forces may generate significantly weaker influence on the grouping process. The dynamic behavior of beam current harmonics at the process of 3D grouping is studied. It is shown that the amplitude of the first beam current harmonic can reach values close to the maximum amplitude at the “classical” grouping. The efficiency of the three-resonator klystron with a 3D grouping of electron beam was evaluated with an output power 2.5 kW. The calculated gain reached 40 dB, which is close to the value of the gain of the similar "classic" klystron.

• electron beam
• grouping
• space charge
• klystron

For citation

References

1. Акимов П. И. и др. Импульсный многолучевой клистрон для питания малогабаритного линейного ускорителя электронов // Сборник статей V Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». 2016. Т1. С. 205-208.
2. Егоров Р. В., Гузилов И. А., Масленников О. Ю. Высокоэффективный многолучевой клистрон S-диапазона // Труды XV Всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неоднородных средах». 2016. секция 6. С. 30-32.
3. Frejdovich I. A. et. al. Application of the Multi-Beam Klystrons with Reverse Permanent Magnet Focusing System in RF Systems of the Compact Electron Accelerators // Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2006. PP.307-308.
4. Михеев Д. А., Саввин В. Л. О группировке электронного пучка в неоднородных магнитных полях // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2016. №5. URL: http://jre.cplire.ru/jre/may16/4/text.pdf
5. Spangenberg K. R., Vacuum Tubes, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1948. 860 p.
6. Slater J. C., Microwave Electronics, D. Van Nostrand Co., Inc., Princeton, N. Y., 1950. 406 p.
7. Пеклевский А. В., Саввин В. Л., Сухоруков А. П. Нелинейные поперечно-волновые взаимодействия в расходящихся аксиально-симметричных магнитных полях // Изв. РАН. Сер. физ. 2008. Т. 72. №12. С. 1785-1788.
8. Ванке В. А., Лопухин В. М., Саввин В. Л. Сверхмалошумящие усилители циклотронных волн // Успехи Физических Наук. 1969. Т. 99. №4. С. 545-572.
9. Ванке В. А. Поперечные волны электронного потока в микроволновой электронике // Успехи Физических Наук. 2005. Т.175. № 9. С.957-978.
10. Vanke V. A., Savvin V. L. Cyclotron-Wave Converter for SPS Energy Transmission System // Proc. Of Sec. Intern. Symp. Power from Space. Paris. 1991. PP. 515-520.