§30.4 Виркаторы 651
ления части генерируемой мощности в ускоряющий промежуток вакуумного диода
(рис. 13, а) позволила получить СВЧ-импульсы мощностью до 600 МВт в санти-
метровом диапазоне длин волн. В приборе было использовано внешнее магнитное
поле напряженностью 2-6 кЭ. Эффективность генерации достигала 17%, импеданс
вакуумного диода составлял 30-35 Ом.
Исследования виркаторов с предварительной модуляцией электронного пучка и
двухсекционными электродинамическими системами проводятся в ИСЭ группой
Коровина [42]. Выполнен теоретический анализ основных механизмов генерации
СВЧ-излучения в приборах с виртуальным катодом (прямая модуляция тока, связан-
ная с колебаниями потенциала виртуального катода в ВЧ-поле, механизм группиров-
ки электронов типа «отражательного клистрона», обусловленный позиционными
колебаниями виртуального катода, и инерционная группировка отражательных час-
тиц, существенная при нерелятивистских энергиях электронов). Показано, что ис-
пользование в виркаторе двухзазорной электродинамической системы теоретически
позволяет за счет сдвига фаз между ВЧ-колебаниями в секциях (и осуществления
таким образом благоприятного распределения ВЧ-поля вдоль траектории электро-
нов) достичь при небольшой (-30%) надкритичности тока и у ~ 2-3 эффективности
генерации до -20% в трехмерной модели и -40% в одномерной модели, что более
чем втрое превышает эффективность однозазорной системы при аналогичных усло-
виях. Значительная (-20%) ширина полосы электронной восприимчивости вблизи
частоты релаксационных колебаний электронного потока с виртуальным катодом
дает возможность изменения частоты генерации за счет соответствующей настройки
электродинамической системы.
Достижение указанной высокой величины эффективности в реальном экспе-
рименте сдерживается необходимостью одновременного удовлетворения боль-
шого числа взаимосвязанных физических условий (ширина зазора, фазировка и
соотношение амплитуд ВЧ-полей в секциях, формирование сильноточного элек-
тронного пучка с заданными параметрами).
На основе результатов численного эксперимента, выполненного с привлечени-
ем трехмерной версии электромагнитного Р1С-кода КАНАТ, был разработан экспе-
риментальный макет двухсекционного виркатора без внешнего магнитного поля, с
синфазными полями в секциях (рис. 13, б). В отличие от генератора, описанного в
[45], предварительная модуляция пучка в данном приборе происходила не в ваку-
умном диоде, а в первой секции электродинамической системы.
В экспериментах с использованием сильноточного импульсно-периодического
электронного ускорителя в дециметровом диапазоне длин волн (2,65 ГГц) была
получена одномодовая генерация мощностью до 1 ГВт и длительностью -25 не
при эффективности генерации -5% (а с учетом потерь электронного тока в диоде -
до 10%). При варьировании мощности электронного пучка эффективность генера-
ции виркатора практически не изменялась (рис. 14). Ширина спектра составила
около 50 МГц, т.е. была близкой к естественной. Одним из факторов, ограничив-
ших величину эффективности, оказался существенный дрейф параметров элек-
тронного пучка в течение импульса, свойственный сильноточным диодам без маг-
нитного поля. Вместе с тем, частота генерации не изменялась как в течение им-
пульса, так и от импульса к импульсу, что доказывает определяющее влияние