Автореферат (1102475)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиГАЛЛЯМОВА ОЛЬГА ВАЛЕРЬЕВНАВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХПОТОКОВ С ПОЛЯМИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СТРУКТУРГЕНЕРАТОРОВ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯспециальность 01.04.04 – физическая электроникаАвтореферат диссертациина соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского Государственного Университета им.

М. В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Слепков Александр ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Боголюбов Александр Николаевич,кафедра математикифизического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова;доктор технических наук,профессор Елизаров Андрей Альбертович,кафедра лазерных и микроволновыхинформационных систем МИЭМВедущая организация:Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАНЗащита состоится 12 мая 2011 года в 15-30 на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинскиегоры, д.

1, стр. 2, Физический факультет МГУ, ауд. СФА.С диссертацией можно ознакомитьсяфакультета МГУ им. М.В.ЛомоносовавбиблиотекефизическогоАвтореферат разослан «___» апреля 2011 годаУченый секретарь Диссертационного совета Д 501. 001.66К.

ф.-м. нКарташов Игорь НиколаевичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Во множестве различных областей науки итехники возникает необходимость использовать мощные источникикогерентного электромагнитного излучения сантиметрового и миллиметровогодиапазонов длин волн. В качестве примеров можно назвать задачи СВЧэнергетики, системы дальней связи, исследования свойств материалов,нетепловое воздействие на биологические объекты, а также на естественные иискусственные среды различной природы. Один из перспективных подходов кполучению мощного микроволнового излучения состоит в использованииэнергетических возможностей трубчатого релятивистского электронного потока(РЭП), формируемого взрывоэмиссионными катодами. С помощьюсильноточных электронных ускорителей могут создаваться электронные пучкис импульсной мощностью более 100 ТВт [1].

При генерации мощногомикроволнового излучения возникают специфические ограничения, связанныес повышением напряженности электрического поля вблизи металлическойповерхности электродинамической структуры и увеличением вероятностивысокочастотных пробоев, а также с проблемой сгущения спектра собственныхмод. Эти трудности могут быть устранены благодаря использованиюмноговолновых механизмов взаимодействия электронного потока и переходу ксверхразмерным периодическим волноводам, поперечные размеры которых напорядок и более могут превосходить длину волны генерируемого излучения.Как показывают проведенные экспериментальные исследования [1],наиболее удачными оказались генераторы, основанные на черенковском илидифракционном излучении электронных потоков, пролетающих вблизипериодической поверхности цилиндрического сверхразмерного волновода. Вчастности, в релятивистском дифракционном генераторе (РДГ) в сантиметровомдиапазоне длин волн получена мощность излучения до 4.5ГВт [2].

Важноеотличие дифракционного генератора от черенковского состояло в том, чтодлительность импульса излучения  ген практически совпадала с длительностьюимпульса тока  имп , в то время как в черенковском наблюдался срыв генерации и ген ~0.1  имп [1]. В релятивистских генераторах дифракционного излучения(РГДИ) для увеличения длительности импульса используется взаимодействиепучка с объемными волнами во всем объеме пространства взаимодействиязамедляющей системы (ЗС).Основное преимущество генераторов, действующих на объемных волнах,по сравнению с черенковскими приборами на поверхностных волнах, состоит в-3-болееравномерномраспределенииполяврабочемобъемеэлектродинамических структур.

Такая особенность распределения полейспособствует реализации более равномерного вывода энергии из объемаструктуры и служит дополнительным фактором уменьшения вероятности СВЧпробоев. Однако, хотя первые эксперименты со столь мощными источникамимикроволнового излучения в длинноимпульсном режиме были проведены еще вконце 80-х годов, надлежащая теория, описывающая физические процессы восесимметричных структурах РГДИ без излишних упрощений, до сих пор неразработана. Недостаточность строгой теории особенно заметна для вариантовдвухсекционных РГДИ и генераторов на открытых линиях передачи.При анализе многоволновых процессов в приборах на сверхразмерныхструктурах с длительным взаимодействием в настоящее время разработан рядметодов численного моделирования. Наиболее распространенными являютсясеточные методы, в рамках которых строятся дискретные аналоги двух- итрехмерных краевых задач с помощью метода конечных разностей (МКР) и еговарианта для вариационной постановки задачи - метода конечных элементов(МКЭ) [3].

Очевидным достоинством этих методов является универсальность:их удобно использовать для систем произвольной формы, в том числе сособенностями решения. Но к недостаткам этих методов (как оборотнаясторона такой многофункциональности) следует отнести повышенныетребования к ресурсам вычислительной техники.Исторически первым методом моделирования приборов с длительнымпродольным взаимодействием электронного потока с полями периодическойзамедляющей системы были методы связанных волн [4] и метод эквивалентныхсхем.

В методе эквивалентных схем представление одномодовых систем, вчастности действующих у -вида колебаний, опиралось на предположениефиксированности структуры полей в каждой ячейке электродинамическойсистемы. Вся электродинамическая замедляющая структура представляласьцепочками связанных многополюсников, включающих в себя эквивалентныесхемы с сосредоточенными параметрами. И, хотя метод мог описыватьвзаимодействие потока только с поверхностной волной системы, результаты егов методическом отношении были важны для понимания механизмов процессовв замедляющих структурах приборов СВЧ в одномодовом приближении.Для систем с аксиальной симметрией удобным является подход,основанный на использовании различных вариантов метода поперечныхсечений.

Такой подход, основанный на методе Галеркина, используетразложение полей в системе по известному базису функций, например, модам-4-гладких волноводов сравнения или функциям поперечных сечений. Указанныеметоды имеют важные преимущества, в частности, по сравнению с сеточнымиметодами, где сеточная диффузия и сеточная дисперсия могут накладыватьнефизичные эффекты на общую картину результатов численного эксперимента.Привлекательность использования этих методов заключается в относительнойпростоте постановки задачи на собственные волны структуры, как без потока,так и с потоком, описываемым в линейном приближении в виде волн.Возможность с единых позиций рассматривать различные механизмывзаимодействия потока и поля собственных волн системы облегчаетвозможности анализа физических процессов в структуре.Вместе с тем учет непрерывности спектра волн в системах конечнойдлины требует решения отдельной сложной задачи построения матрицытрансформации волн на входе и выходе устройства, и зачастую в таких методахвводится дополнительное предположение, что система на входе и выходесоединена с гладкими полубесконечными волноводами.

С другой стороны, взамедляющих структурах на открытых линиях передачи с увеличеннымираспределенными потерями, которые были использованы в качестве выходнойсекции двухсекционных РДГ [5] с целью селекции мод, в системах отсутствуютсобственные волны. Для моделирования таких структур в принципе не могутбыть применены методы, основанные на разложении полей в системе поизвестному базису функций – в частности, методы типа метода Галеркина.Таким образом, для открытых структур очевидна необходимость развитиястрогого метода рассмотрения задачи без введения дополнительных априорныхупрощений в физической модели дифракции возбуждающего поля на конечныхосесимметричных структурах с различной формой профиля поверхностизамедляющей структуры.

Таким методом является метод интегральныхуравнений.Вид точного решения задачи дифракции поля потока на периодическихнеоднородностях осесимметричной замедляющей структуры РДГ существеннозависит от особенностей геометрии ее поверхности. С математической точкизрения это краевая задача для уравнения эллиптического типа в областях сграницей, представляющей собой односвязный или многосвязный контурсложной периодической формы. Такая задача не имеет аналитическогорешения, поэтому возникает необходимость перехода к численному анализу.Цель работы – теоретическое исследование механизмов взаимодействиясильноточных электронных потоков с полями осесимметричных периодических-5-структур релятивистских дифракционных генераторов в области частот 2π-видаколебаний. Для достижения этой цели были поставлены следующие основныезадачи работы: разработать и создать теоретические модели, численные алгоритмы ипрограммы для описания взаимодействия промодулированного трубчатогоэлектронного потока с полями сверхразмерных осесимметричныхпериодических структур конечной длины, профиль поверхности которыхзадается односвязным или многосвязным контуром; исследовать особенности дифракционного излучения промодулированноготрубчатого электронного потока в открытых и закрытых осесимметричныхпериодических структурах конечной длины; изучить и проанализировать механизмы самосогласованного взаимодействияэлектронного потока и поля в релятивистских дифракционных генераторах иих влияние на развитие нестационарных процессов в одно- идвухсекционных системах.В ходе выполнения работы для решения задач дифракции возбуждающегополя на конечных осесимметричных структурах использовались два основныхподхода.1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации