Details

Объект исследования – гиротрон СПбПУ с рабочей частотой 74,2 ГГц и выходной мощностью примерно 100 кВт. Цель работы – разработка нового метода учета шероховатости поверхности катода в магнетронно-инжекторной пушке при траекторном анализе в электронно-оптической системе гиротрона, проведение численного моделирования и экспериментов в гиротроне СПбПУ, оснащенном коллектором с 4-х ступенчатой рекуперацией, с целью достижения максимального значения полного КПД прибора. Проведены расчеты параметров винтового электронного потока в гиротроне СПбПУ с учетом шероховатости поверхности катода и тепловых эффектов в электронной пушке. Произведено численное моделирование процессов в модифицированном коллекторе гиротрона СПбПУ. Сконструирован и изготовлен коллектор и проведены эксперименты. В результате был получен полный КПД гиротрона СПбПУ, равный ~72%. Определены возможности дальнейшего повышения эффективности работы прибора. Применены программные средства: пакет CST Studio Suite с входящими в ее состав вычислителями для выполнения численного моделирования в гиротроне, пакет NI Multisim 12 для расчета электрических цепей.

The object of the study is a SPbPU gyrotron with an operating frequency of 74.2 GHz and an output power of approximately 100 kW. The aim of the work is to develop a new method for accounting for the roughness of the cathode surface in a magnetron–injection gun during trajectory analysis in an electron-optical gyrotron system, conducting numerical simulations and experiments in a SPbPU gyrotron equipped with a collector with 4-stage recovery, in order to achieve the maximum value of the total efficiency of the device. The parameters of the helical electron flow in the SPbPU gyrotron have been calculated taking into account the roughness of the cathode surface and thermal effects in an electron gun. Numerical simulation of processes in the modified gyrotron collector of SPbPU has been performed. The collector was designed and manufactured and experiments were carried out. As a result, the total efficiency of the SPbPU gyrotron was ~72%. The possibilities of further improving the efficiency of the device have been identified. Software tools have been applied: the CST Studio Suite package with its included solvers for performing numerical modeling in a gyrotron, the NI Multisim 12 package for calculating electrical circuits.