Оротрон

Оротро́н [от начальных букв слов «о(ткрытый)», «р(езонатор)» и …трон], электровакуумный сверхвысокочастотный прибор, в котором кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-поля открытого резонатора; относится к О-типа приборам. Предложен российскими физиками Ф. С. Русиным и Г. Д. Богомоловым в 1965 г. в качестве генератора электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Открытый резонатор в оротроне образован плоским и вогнутым металлическими зеркалами, отражающими электромагнитные волны; на поверхности плоского зеркала размещена многоштыревая периодическая структура, над которой проходит ленточный электронный поток, создаваемый электронной пушкой и удерживаемый продольным статическим магнитным полем. Коллектор оротрона собирает электроны, прошедшие через резонатор; устройство выведения СВЧ-энергии (радиоволновод) связывает резонатор с нагрузкой. Длина генерируемых волн λ определяется скоростью электронов v и периодом структуры d (λ=dv/c, где c – скорость света), а также расстоянием a между зеркалами резонатора (λ≈2a/m, где m – число полуволн, укладывающихся между зеркалами). Как и в других приборах О-типа, взаимодействие электронов с СВЧ-полем в оротроне (их группирование, торможение) осуществляется при совпадении средней скорости электронов и фазовой скорости генерируемой электромагнитной волны.

К середине 2000-х гг. разработана и экспериментально исследована серия низковольтных оротронов импульсного действия с длиной волны от 2,5 до 0,8 мм (диапазон частот 90–310 ГГц) с выходной мощностью 0,1–1 Вт; кпд не превышает нескольких процентов. Продемонстрирована возможность работы оротрона в непрерывном режиме на частоте 140 ГГц с выходной мощностью 200 мВт. Перестройка частоты генерации в оротроне осуществляется в широком диапазоне (до 20–30 %) путём изменения ускоряющего напряжения или расстояния между зеркалами ОР. Достоинствами оротрона являются высокая стабильность частоты и низкий уровень амплитудных и частотных шумов (например, на порядок ниже, чем в клистроне), недостатками – сильная неравномерность выходной мощности по частоте при частотной перестройке, а также сложность изготовления периодических структур резонатора в коротковолновой части миллиметрового диапазона.