Файл: Брандт, А. А. Плазменные умножители частоты.pdf

как здесь требуется создание плазмы довольно высокой концентрации, что возможно только при использовании мощных СВЧ-генераторов.

Авторы работы [39] проводили исследования в де­ циметровом диапазоне (142 Мгц). В этом диапазоне легко достигаются закритические концентрации как для основной частоты, так и для нескольких ее гармоник. Поэтому в умножителе [39] настройка элементов тракта нужна лишь для согласования импедансов варактора по основной частоте и по гармонике, а не для установления максимального взаимодействия СВЧ-излучения с плаз­ мой, приводящего к наибольшему значению концентра­ ции. Хорошие условия для генерации гармоники, одна­ ко, в этом случае не могут обеспечиваться при всех значениях входной мощности. При ее увеличении ампли­ туда колебаний электронов становится настолько боль­ шой, что они начинают интенсивно сталкиваться с ней­

сыщения выходной мощности второй гармоники. Выска­ занные нами соображения дают основание предпола­ гать, что мощность, при которой в умножителе насту­ пает насыщение, должна уменьшаться с увеличением давления газа, наполняющего разрядную камеру.

Становится также понятным, почему в большинстве экспериментальных исследований плазменных умножи­ телей наилучшие результаты в одной и той же конструк­ ции были получены при заполнении разрядных камер газом с наименьшим потенциалом ионизации (при этом условии для небольших входных мощностей в сантимет­ ровом диапазоне возможно получить плазму с закритической концентрацией, т. е. создать плазменный ва­ рактор) .

Той же цели — максимального увеличения концен­ трации плазмы в коротковолновом диапазоне — служат всякого рода устройства, ограничивающие область.

144 АНАЛИЗ РАБОТЫ ПЛАЗМЕННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ [ГЛ. III

существования СВЧ-разряда, например, стеклянные ци­

трода с диаметром острия 0,1 мм и стеклянной трубки, локализующей разряд, диаметром около 1 мм дало возможность автором [79] получить достаточно высо­ кую эффективность преобразования на второй гармони­ ке входной частоты 35 Ггц при входной мощности около 15 вт. Неплохие результаты были получены в работах [81, 83, 84] при использовании разряда, локализованно­

диапазоне была получена значительно меньшая эффек­

ной Камеры, помещаемой над острием штыря, проходя­ щего через волновод.

Особенно важно и трудно максимально увеличить концентрацию плазмы при конструировании плазмен­ ных умножителей миллиметрового диапазона. Так, на­ пример, в работах [19, 81, 83] объем разряда составлял десятые доли кубического миллиметра при мощности, вводимой в разряд, около 10 вт (удельная мощность порядка 102 вт/мм3). Эффективность преобразования в этих работах была достаточно высокой.

Рассмотрим подробнее связь удельной мощности, поглощаемой плазмой, с создаваемой в СВЧ-разряде концентрацией плазмы. Требование создания плазмы с закритической концентрацией как для основной часто­ ты, так и для гармоники, равносильное требованию существования плазменного варактора, является основ­ ным фактором, органичивающим диапазон работы плазменного умножителя. Получение концентраций 1014—1015 см~3 является сложной технической задачей, для решения которой необходимо применение специаль­ ных мер, связанных с увеличением мощности, вводимой в разряд, увеличением напряженности электрического поля (например, с помощью уменьшения радиуса кри­

ходящаяся на единицу объема пространства, в котором происходит взаимодействие электромагнитного излуче­

Если задана частота гармоники fm, которую необхо­ димо получить, то из (129) можно определить Руд, ко­ торая должна быть введена в разрядный промежуток:

возможно. Однако в работах [94, 95], выполненных на весьма высоких частотах, такая величина удельной мощ­ ности Р„ обеспечивалась за счет применения разряда

~ 1 0 7 вт/мм3, которая соответствует получаемым в рабо­

ности, необходимой для существования плазменного