Автореферат (1097553), страница 5
Текст из файла (страница 5)
С помощью матричноймногомодовой методики исследуются дисперсионные характеристикисверхразмерного периодического волновода с электронным потоком,анализируется объемная структура собственных волн, проводится анализнизкочастотного сдвига горячей границы полосы прозрачности. В п.3.6.3исследуются резонансные свойства секций периодического волновода сэлектронным потоком, усиление и самовозбуждение системы. Численнопоказывается, что в генераторе поверхностной волны на сверхразмерномпериодическом волноводе объемные поля не вносят существенного вклада впроцессы усиления и слабо влияют на стартовые условия самовозбуждения.Обосновываетсявозможностьтеоретическогоанализаосновныхособенностей нелинейных нестационарных процессов с помощьюприближенной энергетической методики, основанной на введенииэквивалентных схем.В п.3.6.4 в широком диапазоне изменения параметров потока спомощью нелинейной нестационарной методики проводится анализустановления колебаний в генераторе поверхностной волны.
Показывается,что самовозбуждение системы наблюдается на частотах внутри полосыпрозрачности, причем при реализации синхронизма потока и полянепосредственно вблизи π-вида стартовые токи и мощность излучения имеютминимум. Величины внутренних обратных связей и связей за счет отраженийпри взаимодействии вблизи границы полосы прозрачности поверхностнойволны близки, поэтому стартовые условия генерации мало отличаются длясогласованных и рассогласованных систем. Показано, что развитиегенерации во времени характеризуется конкуренцией продольных мод,причем в наиболее эффективных режимах устанавливается ближайшая к πвиду продольная мода.Исследуется зависимость мощности генерации от преобладающегомеханизмавзаимодействия ЛБВ- илиЛОВ- типа.
С помощьюнелинейногонестационарного анализапоказано, что мощностьгенерации в РГПВ спреобладающимвзаимодействиемЛБВ Рис. 2. Зависимость от нормированного на πтипа может на порядок пролетного угла ϕs частоты генерации для условийпревышатьмощность согласования Z0=Zн=0.1Zв.(кривая 1), Z0=Zн=0.5Zвгенерации в системе с (кривая 2), Z0=Zн=Zв (кривая 3) и частотыкинематического синхронизма (кривая 4).преобладающимвзаимодействиемтипа20ЛОВ.
При этом излучение РГПВ ЛБВ-типа (пролетный угол ω s d = ϕ s < 1 наvoрис.2, ωs-частота синхронизма потока и поля) характеризуется дискретнымичастотами, на которых наблюдается самовозбуждение и генерация, в ЛОВ(ϕs>1) частота генерации плавно изменяется при изменении точкикинематического синхронизма (рис.2, Z0,Zн-эквивалентные сопротивлениявхода и выхода, Zв-волновое сопротивление системы). Рассмотрено влияниесекционирования системы на повышение эффективности генерации. Приоптимизации параметров двухсекционного генератора показано, что его эффективность может существенно превышать максимальную эффективностьодносекционного генератора, при этом незначительное изменение длиныобласти дрейфа и длин секций может приводить к изменению эффективностив несколько раз.
Полученное оптимальное распределение поляхарактеризуется возбуждением основной продольной моды в первой секциии распределением типа ЛБВ - во второй.В п.3.6.5 исследуются особенности синхронизации колебаний вгенераторе на периодическом волноводе. Формирование спектра и уровнявыходного сигнала в многосекционной системе генератора определяетсясвязью между отдельными секциями. Для типичных конструкций секцииоказываются связанными по полю и по пучку, промодулированному в первойсекции. В том случае, когда частота генерации в первой секции не совпадаетс частотой самовозбуждения второй секции, во всей системе происходятпроцессы, связанные с нелинейным взаимодействием колебаний отдельныхсекций, и, прежде всего, с процессами синхронизации.
Рассмотрениепринудительной синхронизации отдельных секций внешним сигналомпередаваемым по полю или с помощью предварительно промодулированногоэлектронного потока показало, что процессы в рассматриваемом СВЧгенераторе близки к процессам синхронизации в генераторах различныхтипов.Для анализа процессов взаимной синхронизации секции в РГПВ былвыбран двухсекционный вариант генератора с преимущественнымвзаимодействием ЛОВ-типа. В каждой секции по мере увеличения их длинмогла возникать одночастотная генерация. Период секций несколькоотличался, при этом частоты генерации были близкими. При малой длинепервая секция может выступать как усилитель сигнала внешней ЭДС.
В томслучае, когда наблюдается взаимная синхронизация секций, генерацияявляется одночастотной, причем изменение периода первой секции (и,соответственно, ее резонансной частоты) приводит к соответствующемуизменению частоты генерации всей системы. Численно показано, что в томслучае, когда стартовые условия самовозбуждения первой секции невыполнены, тем не менее может существовать область параметров, когдачастота генерации всей системы определяется резонансными процессами в21первой секции. Анализ односекционных и многосекционных генераторовпоказал, что область принудительной и внутренней синхронизации секций вгенераторе ЛБВ-типа в несколько раз уже, чем в аналогичном генераторе спреимущественным взаимодействием ЛОВ типа.Четвертая глава посвящена исследованию поперечного икомбинированного(одновременногопоперечногоипродольного)взаимодействий в релятивистских источниках на периодических волноводах.периодических систем, применимых вВ п.4.1 приводятся примерырелятивистской электронике, в которых может преобладать поперечноевзаимодействие потока и поля.
В том случае, когда рабочие частотыудовлетворяют условию существования аномального эффекта Доплера⎛ ν ⎞ω ⎜⎜1 − 0 ⎟⎟ = −ωc⎝ νф ⎠1(13)⎛⎞2 −2 ⎟⎜⎞⎛eω⎛ν ⎞B, γ = ⎜1 − ⎜ 0 ⎟ ⎟ ⎟⎜ ωc = c 0 , ωc 0 =⎜ ⎝ c ⎠ ⎟ ⎟γm0⎜⎠⎝⎝⎠или эквивалентному выражению для синхронизма медленной циклотроннойволны и одной из волн структуры (основной или ‘‘-1’’ –й пространственнойгармоники) в системе может наблюдаться усиление или самовозбуждение.Генератор, основанный на данном принципе взаимодействия потока и поля,не требует предварительной закрутки потока и может быть назван МЦР нааномальном эффекте Доплера (МЦРАД).Рассматриваютсяэлектродинамическиесвойстваструктурспреобладающим поперечным взаимодействием потока и поля и особенностиих описания врамках приближенной энергетической методики припредставлении электронного потока в виде совокупности волнпространственного заряда, циклотронных и синхронных волн.В п.4.2 изучается влияние фокусирующего магнитного поля надисперсию волн в системах с поперечным и комбинированнымвзаимодействиями.
При изменении магнитного поля меняется частотациклотронного вращения электронов и, соответственно, меняютсяпостоянные распространения быстрой и медленной циклотронных волн. Приувеличенных значениях частоты циклотронного вращения быстрая имедленная циклотронные волны могут взаимодействовать с различными,далеко относящими друг от друга пространственными гармониками. Так, прициклотронных частотах 1,5 <ωс/ωπ < 2,0 обе циклотронные волнывзаимодействуют с полем системы вблизи высокочастотной границы полосыпрозрачности: быстрая волна - вблизи сдвига фаз ϕ = − π, медленная в22области - ϕ = +3π.. Показано, что в областях значений величины магнитногополя, когда взаимодействие происходит вблизи границы полосыпрозрачности, собственные волны системы характеризуются максимальнымиинкрементами нарастания.
В этих режимах подробно изучены изменениярешений дисперсионного уравнения для устройств с поперечным икомбинированным взаимодействием.В п.4.3 при учете отражений от концов системы изучаютсяраспределения амплитуд волн потока и поля вдоль устройства. Показывается,что при взаимодействии вблизи высокочастотной границы полосыпрозрачности распределение поля характерно для ЛБВ с положительнойдисперсией основного типа волны структуры. Для МЦР на аномальномэффекте Доплера исследованы частотные характеристики для различныхзначений величины магнитного поля. Показано, что максимальное усилениедостигается вблизи горячей границы полосы прозрачности. Определеныпусковые условия генерации без учета влияния продольного взаимодействияи с учетом.Теоретические исследования проводились в процессе разработки иэкспериментальногоисследованиярелятивистскогоциклотронногогенератора [7].
Тонкий аксиально-симметричный электронный потокпроходит в кольцевом зазоре замедляющей структуры типа ребристыйстержень в круглом волноводе. Поток взаимодействует с поперечнымиполями зазоров междуребрами и волноводом.Замедляющая структурана выходе переходит визлучающий рупор. Дляполучения устойчивойгенерации используетсяпринципсамовозбужденияколебанийвблизичастоты π-вида границыполосы прозрачности.Численныйанализпоказал, что в отсутствиепотокачастотнаязависимость выходноймощностина Рис.3.
Зависимость выходной мощности сигнала отсопротивлении нагрузки частоты Z0=Zн=377 Ом; ε0/V0=0.05 (а); зависимостиимеетмного теоретического и экспериментального значенийОни мощности сигнала на выходе от индукции магнитногомаксимумов.соответствуют условиям поля (б). V0=300кВ; J0=2 кА; M1=0.7; ε0/V0=0.05.резонансапри23отражении от концов системы (возбуждение продольных мод). Абсолютныймаксимум достигается вблизи частоты π-вида (рис. 3,а).Влияние потокаприводит к существенному увеличению мощности выходного сигналапрежде всего на частотах, примыкающих к границе полосы ω ≈ ωπ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
