Автореферат (1097553), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Получено соответствиеданных этих исследований экспериментальным результатам. Изученадиаграмма направленности излучения МВЧГ, показано, что существеннуюроль в формировании диаграммы направленности играет возбуждениеповерхностной волны. В п.5.5.2 приводятся результаты исследования полей вмноговолновомчеренковскомусилителе,полученныеврамкахмногомодовой методики в приближении малых сигналов. Показано, чтоструктуры полей являются устойчивыми в некотором диапазоне измененияпараметров системы и пучка.
Определены стартовые токи самовозбуждениясистемы для различных геометрий периодической неоднородности, показано,что существует оптимальное значение радиуса потока, соответствующеенаибольшей эффективности взаимодействия потока и поля.В п.5.5.3 с помощью нестационарной многомодовой методикиизучаются процессы установления генерации в многоволновом черенковском28генераторе. Показано, что характер процессов в МВЧГ во многомсоответствует процессам в генераторе поверхностной волны: с течениемвремени в устройстве происходит смена основных механизмоввзаимодействия потока и поля, установившееся значение частоты генерациив случае преобладающего механизма взаимодействия ЛБВ-типа, близко кчастоте S-1 продольной моды колебаний в отдельной секции, припреобладающем механизме ЛОВ-типа частота генерации определяетсявнутренними обратными связями.
Показано, что доля мощности переносимаяповерхностной волной увеличивается при уменьшении ускоряющегонапряжения. На рис.8 показаны распределения продольной компоненты полявдоль системы на оси системы и в области пучка, а также профилипродольной компоненты поля во всем объеме взаимодействия Зависимостииллюстрируют повышение роли поверхностной волны при уменьшенииускоряющегонапряжения.Проведенноесравнениетеоретических2Ez(о.е.)16R(см)26Ez(о.е.)R(см)1Z(см)0055-1-24402-10-2Z(см)05520а)б)в)г)Рис.8. Распределение продольной компоненты поля вдоль системы (а,б). Сплошнаялиния – поле в области пучка, штриховая линия –поле на оси системы.
Правая осьдля профиля электродинамической структуры (верхняя часть рисунков).Профиль амплитуды продольной компоненты поля в системе(в,г): белый цветсоответствует максимальной амплитуде. а),в) - U=1100 кВ, I=10 кА, б),г) - U=740кВ,I=10 кА.результатов и опубликованных экспериментальных данныхсоответствие по частоте и эффективности генерации.В заключении приведеныдиссертационной работы.основныерезультатыпоказало ихивыводы29ЗаключениеВ диссертационной работе впервые проведено теоретическоеисследование усиления, самовозбуждения и развития генерациивтрадиционных и релятивистских СВЧ-устройствах, основанных надлительном взаимодействии прямолинейных электронных потоков с полямирезонансных одномодовых и многомодовых электродинамических структурна "π"-виде границы полосы прозрачности низшей моды структуры.Основные результаты и выводы этого исследования состоят в следующем.1.
Разработанный в работе метод анализа взаимодействия электронныхпотоков с полями пространственно-развитых электродинамических систем,позволяет с единых позиций рассматривать линейные, нелинейные инестационарные процессы в мощных источниках микроволновогоизлучения, в том числе на частотах вблизи границы полосы прозрачностиосновной рабочей моды.
Набор численных алгоритмов и программ,позволяет анализировать особенности взаимодействия потока и поля врезонансных режимах как в приборах традиционной нерелятивистскойэлектроники, так и в релятивистских источниках микроволнового излучения,в том числе генераторах поверхностной волны на сверхразмерныхпериодических волноводах и многоволновых черенковских генераторах.2. Анализ собственных волн периодических систем с электроннымпотоком позволил установить общие особенности возникновения усиления,затухания и внутренних обратных связей при взаимодействии потока и поляна частотах, вблизи границы полосы прозрачности рабочей моды, в томчисле, формирование «горячей» границы полосы прозрачности. Показано,что в случае преобладающего взаимодействия ЛБВ типа система проявляетрезонансные свойства на частотах, соответствующих колебательным модам сразличными продольными индексами.
При этом электронная нагрузкаприводит к смещению резонансных частот в сторону меньших значений ивозникновению конкуренции между соседними модами. При реализациипреимущественного взаимодействия ЛОВ-типа, условия согласованияструктуры играют меньшую роль, резонансные свойства системы исамовозбуждение определяются внутренними обратными связями.Исследованы условия «идеального» согласования на входе и выходе длясистемы с электронным потоком, показана принципиальная возможностьсоздания усилителей с уменьшенными обратными связями;3. В ЛБВ на цепочках связанных резонаторов при повышенииускоряющего напряжения происходит скачкообразное изменение решенийдисперсионного уравнения и возникновение внутренних обратных связей,приводящих к резкому уменьшению стартовой длины системы.
В результатеизучения усиления и самовозбуждения колебаний в многосекционных ЛБВ,для трех- и четырех- секционных ЛБВ, получено удовлетворительное30соответствие данных теории и эксперимента по коэффициенту усиления иполосе усиливаемых частот.4. На примере электродинамической системы типа цепочек связанныхрезонаторов с отрицательной дисперсией исследованы волны в резонанснойзамедляющей структуре с электронным пучком и плазмой. Определенаобласть параметров системы, при которых усиливаемая пучком плазменнаяволна с большим инкрементом имеет возможность связываться с волнойструктуры и обмениваться с ней энергией, образуя гибридные волны.Коэффициент усиления волны структуры в этом случае резко возрастает, авеличина ее инкремента сравнима с инкрементом плазменной волны.5.
Процессы в релятивистских генераторах на гофрированном идиафрагмированном волноводах определяются механизмами усиления типаЛБВ, обратными связями из-за отражений и внутренними обратными связямитипа ЛОВ; численно обнаружено наличие зон генерации, разнесенных повеличине тока пучка и частотам. Получено соответствие пусковых токов ичастот самовозбуждения условиям эксперимента при исследовании ЛБВЛОВ на гофрированном волноводе.6.
Исследована дисперсия волн в МЦР на аномальном эффектеДоплера. Определены области значений магнитной индукции, когдавзаимодействие поля и поперечных волн потока происходит на частотахвблизи границы полосы прозрачности низшей аксиально-симметричноймоды структуры. Эти режимы характеризуются максимальнымиинкрементами нарастания. Изучены особенности решения дисперсионногоуравнения в системах с комбинированным взаимодействием.
Показано, что вМЦРАД распределения амплитуд волн потока и поля при взаимодействиивблизи границы полосы прозрачности характерны для ЛБВ с положительнойдисперсией основного типа волны структуры. При исследовании конкретноговарианта генератора получено совпадение теоретических результатов сданными эксперимента по зависимостям выходной мощности отфокусирующего магнитного поля.Исследовано соотношение черенковского и МЦР механизмоввзаимодействия релятивистского электронного потока с полем резонанснойзамедляющей структуры в условиях комбинированного резонанса. Показано,что устройство комбинированного типа ЛОВ-ЛБВ-МЦРАД обладаетнаименьшими пусковыми токами и наибольшей выходной мощностью.7.
Численно показано, что в генераторе поверхностной волны насверхразмерном периодическом волноводе объемные поля не вносятсущественного вклада в процессы усиления и слабо влияют на стартовыеусловия самовозбуждения. С помощью нелинейного нестационарногоанализа показано, что мощность генерации в РГПВ с преобладающимвзаимодействием ЛБВ типа может на порядок превышать мощностьгенерации в системе с преобладающим взаимодействием типа ЛОВ. Приэтом спектр излучения РГПВ ЛБВ- типа характеризуется набором31дискретных частот, на которых наблюдается самовозбуждение и генерация, вРГПВ с преобладающим взаимодействием типа ЛОВ частота генерацииплавно изменяется при изменении точки кинематического синхронизма.Изучение внешней и внутренней синхронизации в секциях многосекционныхгенераторов показало, что частота генерации в основном определяетсяпроцессами в первой секции.8.
Особенности многоволнового взаимодействия потока и поля всекциях черенковских источников на релятивистских электронных потокахзаключаются в следующем: электронный поток сильно изменяет структурыполей собственных волн «связанной» системы, в частности, образуетсяэлектронная мода с максимумом вихревого поля в области локализациипучка, а также электромагнитные моды, характеризующиеся минимумомполя в области потока;9. Вихревое поле, возбуждаемое релятивистским электронным потокомв секциях сверхразмерных периодических волноводов, являетсясуперпозицией полей, локализованных у стенки и вблизи оси системы. Приэтом резонансные свойства секции в основном определяются возбуждениемповерхностных волн, возбуждение объемных волн приводит кдополнительной изрезанности зависимости выходной мощности от частоты.Наилучшему энергообмену потока и поля соответствует оптимальный радиуспотока, определяемый многоволновым характером взаимодействия.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
