Автореферат (1097553), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Вблизивершины кривой мощность, развиваемая ЭДС ε0, становится отрицательной,и выполняются условия самовозбуждения. Частотная зависимость выходноймощности от магнитной индукции при заданном значении ε0 показана нарис. 3б. Кривые имеют отчетливо выраженный максимум, соответствующийциклотронному резонансу при аномальном эффекте Доплера. Максимумтеоретической и экспериментальной кривых приходится на одно и то жезначение магнитной индукции В = 11 кГс Частота генерируемых колебанийfген соответствует данным теории и близка к частоте π-вида (λген = 3,1—3,2см).Исследованию соотношения черенковского и МЦР механизмоввзаимодействия релятивистского электронного потока с полем резонанснойзамедляющей структуры в условиях комбинированного резонанса посвященп.4.4. Найдены области значений величин магнитного поля, когдаодновременное действие продольного и поперечного взаимодействияприводит к уменьшению или увеличению обратных связей в устройстве.Этим значениям соответствуют условия одновременного синхронизма поля сволнами пространственного заряда и циклотронными волнами:ω ⎛ ωc 2π ⎞ ω ω q⎟=±⎜−±,ν 0 ⎜⎝ ν 0d ⎟⎠ ν 0 ν 0(14)ω ⎛ ωc 2π ⎞ ω ω q⎟=−m⎜±.ν 0 ⎜⎝ ν 0 d ⎟⎠ ν 0 ν 0На ряде примеров показывается, что устройство комбинированноготипа ЛОВ-ЛБВ-МЦРАД обладает наименьшими пусковыми токами инаибольшей выходной мощностью.В п.4.5 анализируются принципиальные подходы, необходимые дляулучшения согласования системы при сильной электронной нагрузке ипереходу от генерационных к усилительным режимам.
Основная идеясостоит в определении волновых сопротивлений собственных волн системыс потоком и создании специальных условий согласования на входе и выходеструктуры, показано, что при этом необходима предварительная модуляцияпотока по плотности и скорости. Обсуждаются конструкции соответствующих одномодовых усилителей с резонансными замедляющимиструктурами на продольном и поперечном взаимодействии, работающих вусловиях черенковского синхронизма и комбинированного резонанса.Условия «горячего» согласования получены для устройств с продольным,поперечным и комбинированным взаимодействиями.24Пятая глава посвящена исследованию релятивистских устройств насверхразмерных периодических волноводах, в которых принципиальнымявляется возбуждение многих волн системы.В п.5.1 предложен метод теоретического определения дисперсии волн воткрытыхпериодическихструктурах,нетребующийрешениядисперсионного уравнения. Построена линейная теория продольноговзаимодействия релятивистского электронного потока с дифракционнымполем открытых периодических структур в режиме возбужденияповерхностных волн.
Показано, что в данном случае возрастание амплитуддифракционных гармоник вблизи аномалии Вуда соответствуетчеренковскому резонансу электронов с поверхностной волной.В п.5.2. исследуется дисперсия и структура мод, в том числе«гибридных», периодических волноводов с различным отношением диаметраволновода к длине волны излучения.
В п.5.2.1 исследуются волны впериодическом волноводе с отношением Dв/λ ∼ 1,0. Определяютсяоптимальные соотношения между шириной ступеньки и периодом системысоответствующие максимальному замедлению низшей моды структуры. Вп.5.2.2приведенырезультатыисследованиясобственныхволнсверхразмерного периодического волновода (Dв / λ >> 1.0). Показано, чтоувеличениедиаметраволноводапрификсированнойвеличиненеоднородности приводит к увеличению замедления низшей аксиальносимметричной моды периодического волновода, а структура замедленногополя приближается к поверхностной волне.Проведению анализа дисперсии и структуры волн в периодическихволноводах с электронным потоком посвящен п.5.3.
В п. 5.3.1 исследуетсяРис.4. Дисперсионные характеристики периодического волновода с электроннымпотоком (сплошные линии). Штриховые линии соответствуют БВПЗ (1) и МВПЗ (2),штрих-пунктирные – волнам периодического волновода без пучка.25дисперсия волн в периодическом волноводе с кольцевым электроннымпотоком. Типичный вид дисперсионных характеристик показан на рис.4.Показано, что в периодических волноводах ниже критической частотыаксиально-симметричноймодыреализуетсяширокополоснаянеустойчивость, которая может быть сопоставлена с усилением увлекаемыхполей в электронном потоке из-за влияния периодической поверхностиволновода.В п.5.3.2 приводятся данные анализа структуры собственных волнпериодического волновода с электронным потоком. Структура низшейаксиально-симметричной моды, распространяющей без усиления близка кструктуре поверхностной волны для "холодного" волновода (рис.
5, кривая1). Взаимодействие этой волны с потоком характеризуется периодическойсвязью (Im(kz d/π)=0). Ее фазовая скорость отличается от средней скоростиэлектронногопучка. Электрическое поле, соответствующее этойсобственной волне, вытесняется изобластипотока,продольнаякомпонентавихревого электрического поля Еz в области пучка имеетминимум(рис. 5, кривая 2). Аналогичный характер зависимостейРис.5. Структуры полей, соответствующих собственным волнам периодическоговолновода: кривая 1 – поверхностная волна, кривая 4 – прямая волна моды E02.Кривые 2, 3 – структуры полей мод «горячем» случае .наблюдается при взаимодействии электронного потока и прямой волны модыЕ02 периодического волновода (рис.
5, кривые 3,4).Качественно иное распределение поля вдоль радиуса наблюдаетсядля возрастающей и затухающей волн (кривые 1, 2 рис.6). Эти волныимеютодинаковыеструктурыполей. Наибольшийинтереспредставляетраспространяющаяся слева направо возрастающаяволна.Фазовая скорость этой волны близка к скоростиэлектронов,аэлектромагнитное поле локализовано в области потока и убывает приудалении от него. Продольная компонента вихревого поля имеет резкий26максимум, а поперечная компонента Еr меняет свой знак в областипучка (рис. 6, кривые 1,2). При выбранных параметрах системывозрастающая волна соответствует усилению увлекаемых полей потока иможет быть названа "электронной модой".
Вдостаточнодлиннойсистеме (усилительной секции) при одновременном возбуждении различных"горячих" мод, возрастающая волна преобладает и определяет характерусиления.Рис.6. Структуры полей, соответствующих возрастающей и убывающейсобственным волнам периодического волновода с электронным потоком (сплошные линии).
Кривая 1 – продольная компонента Ez, кривая 2 – поперечнаякомпонента Er вихревого поля.Высшие моды электромагнитного поля, распространяющиесявпериодической системе, слабо возмущаются электронным потоком, т.к.их фазовые скорости сильно отличаются от скорости электронов.Возбуждение этих волн обусловлено, в основном, резонанснымиэффектами в системе конечной длины.В п.5.4 приводятся результаты исследования взаимодействияэлектронногопотокаи электромагнитного поля в секцияхсверхразмерных периодических волноводов. Исследование распределенияполей в секциях сверхразмерных периодических волноводов (п.5.4.1)показало, что поля в таких системах являются суперпозицией полей,локализованныхвблизистенки волновода исоответствующихповерхностной волне в системе конечной длины, а также полей,локализованныхвобласти электронного пучка и соответствующихувлекаемым полям.
На оси системы образуется мощное приосевоеизлучение, вызванное рассеянием поверхностной волны и увлекаемыхполейна неоднородностях системы. В п.5.4.2 исследуются резонансыэлектромагнитных волей в секциях периодических волноводов безэлектронного потока. Вотсутствии электронного потока основными27являются продольные резонансы поверхностной волны. При введенииэлектронного потока (п.5.4.3) в зависимости мощности на выходе системыотдлины появляется дополнительная изрезанность.Глобальныемаксимумы соответствуют продольному резонансу возрастающей волны иобратной поверхностной волны, а локальные максимумы - с возбуждениемобъемных волн. В случае двух секцийпериодического волновода,разделенных участком гладкого волновода, обратная связь между секциямиприводит к раздвоению максимумов мощности вихревого поля на выходесистемы в зависимости от частоты.В п.5.5 представлены результаты анализа многоволновогочеренковского генератора (МВЧГ).
Показано, что распределение вихревыхполей в многосекционных черенковскихустройствах является устойчивым принекотором изменении параметров пучкаиэлектродинамическойсистемы.Теоретические исследования основныхзакономерностейвзаимодействияпотока и поля в МВЧГ (п.5.5.1)проводились в процессе разработки иэкспериментальногоисследованиярелятивистскогогенераторанасильноточномэлектронномпотоке[14,17]. Получено соответствие данныхтеории и эксперимента для пусковых Рис. 7. Экспериментальная итоков и частоты возбуждения, проведен теоретическая зависимости КПДанализэффективностиизлучения МВЧГ от магнитного поля.МВЧГ в зависимости от величиныфокусирующегомагнитногополя.Показано, что существуют две области значений магнитной индукции, прикоторых наблюдаются максимумы излучения (рис.7).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
