Автореферат (1102475), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Анализировалось различие вструктуре полей в двух резонансных максимумах, возникающих на РЧХструктуры фиксированного радиуса: ближайшего к частоте 2-вида колебаний иниже его по частоте резонанса, соответствующего открытию объемной моды E0nэквивалентного гладкого волновода. Амплитуда этого резонанса объемной модысильно зависит от радиуса потока и может быть заметной при значительномудалении потока от стенок волновода. Наличие такого резонансноговзаимодействия потока и поля соответствует взаимодействию потока спространственными гармониками «-1» и «+1» моды E0n.
Поскольку положениеэтого резонанса сильно зависит от радиуса цилиндрического гофрированноговолновода, было вычислено такое значение среднего радиуса структуры, прикотором 2 указанных резонансных пика совпадают по частоте. Это значениегеометрических параметров ЗС далее было использовано в задачесамосогласованного взаимодействия с целью повышения мощности генерации.Сравнение процессов установления генерации в двух режимах – присовместном действии 2 механизмов, т.е совмещении на частотной оси двухрезонансных пиков (Rmax=5.55cm), и при значительной отстройке двухрезонансов (Rmax=6cm) – показало значительный выигрыш (в среднем в 2 раза1.92.0kz d2.1- 20 -по величине эффективности взаимодействия) – режима совмещения посравнению с режимом отстройки.
Проблему неустойчивости процессаустановления генерации, которую иллюстрирует график 1 на рис. 6а, удалосьрешить переходом к 2-секционной структуре (рис. 6б). Переход к 2-секционнойструктуре помимо стабилизации уровня импульса генерации позволилувеличить ее эффективность и расширить диапазон рабочих токов, в которомгенерация остается одночастотной.1- Rmax=5.55см, Rb=4.6см10, %1 - Rmax=5.55см, Rb=4.6см10, %2- Rmax=6см, Rb=5.1см82 - Rmax=6см, Rb=5.2см811662442222-секционная ЗС1-секционная ЗС0100200300а)400t/T, пер.0б)100200300400t/T, пер.Рисунок 6 - Сравнение эффективности взаимодействия потока и поля ЗС по излучениювперед в 1-секционной (а) и 2-секционной (б) системах с неоднородностью «полуторы напьедестале» в режиме совмещения 2 механизмов (Rmax=5.55cм) и при значительнойотстройке двух резонансов (Rmax=6cм).Это полностью соответствует экспериментальным данным [1]: в экспериментенаибольшие значения мощности и эффективности генерации были полученыименно в 2-секционной системе.
Объяснение факту стабилизации уровняимпульса генерации следует искать в форме распределения продольнойкомпоненты поля Ez по оси структуры: наличие двух периодических секцийприводит к возникновению максимума продольной компоненты поля Ez в трубедрейфа, играющей роль высокодобротного резонатора для объемного поля (рис.7).Ez,1,0Рисунок 7 - Распределение продольнойкомпоненты поля Ez вдоль осиструктуры в момент достижениямаксимальнойэффективностигенерации (t/T≈120). Вверху приведенаформаповерхностиизучаемойструктуры.норм.eд.0,50,0-0,5-1,0020L, cm4060Таким образом, численно показано,чтосовмещениемеханизмов- 21 -дифракционного излучения на критической частоте собственной объемноймоды и на частоте 2π-вида основной моды периодической структуры приводитк увеличению эффективности и расширению рабочего диапазона тока пучкаРДГ, при котором генерация остается одночастотной.В разделе 5.2.2 рассматривается структура полей, которыеустанавливаются в режиме развитой генерации в одно- и двухсекционнойструктуре РДГ.
Для режима установившейся генерации типична формараспределения поперечных компонент поля вдоль структуры, связанная свозбуждением в каждой из двух секций по отдельности продольных модколебаний с индексом Nпер - 1, где Nпер – число периодов в секции (рис. 8).Er,1,0норм.ед.0,50,0Рисунок 8 - Распределениепоперечных компонент поля вдольосиструктурыврежимеустановившейся генерации (Rmax=5.55см, t>160T)-0,5В п. 5.3.
изучены стартовыеусловияиособенности-1,0генерациив01020304050 установленияL, cmшироком диапазоне значенийтоков пучка и геометрических параметров замедляющей структуры. В разделе5.3.1 проведен анализ характерных реперных точек на графике процессаразвития генерации, которые можно соотнести со временем пролетаэлектронами отдельных секции или всей длины системы. На основе этогоанализа приводится объяснение результатов экспериментальных данных,опубликованных в работе [1], сопоставление с которыми легло в основу выборапараметров для численного моделирования в данной работе.
В разделе 5.3.2обсуждаются характеристики поперечных распределений поля для режимасовмещения резонансов.Границы режима устойчивой генерации в структурах с различнымидлинами секций и трубы дрейфа выявлены в п. 5.4.: а) по току пучка – впределах от значения выше стартового тока J>4 kA до верхней границырабочего диапазона Jпред=12 kA; б) по соотношению между числом периодов всекциях – длина второй секции системы предпочтительно должна составлять от1 до 1.5 значения величины длины первой секции. В п. 5.5. описаны отличияпри установлении генерации в 2-секционной структуре в области частот -и 2видов колебаний.- 22 -В заключении сформулированы основные результаты и выводыдиссертационной работы.Основные результаты и выводы1.
В работе при исследовании дифракционного излучения промодулированногоэлектронного потока в сверхразмерных осесимметричных периодическихструктурах конечной длины, описываемых односвязным или многосвязнымпрофилем поверхности, развит вариант метода интегральных уравнений, причисленном решении которых используются быстрые алгоритмы обращенияблочно-тѐплицевой матрицы с учетом периодичности рассматриваемыхструктур. Методика позволяет в приближении заданного тока находитьнаведенные на поверхности токи и поля в объеме сверхразмерныхэлектродинамических систем.2.
Показано сходство механизмов резонансного возбуждения односекционныхструктур открытого и закрытого типов вблизи границ полос прозрачности. Вобласти частот π-вида колебаний взаимодействие потока и поля достаточнодлинной открытой системы (более 15 периодов) характеризуется установлениемрезонансов продольных колебательных мод поверхностной волны.
В областичастот 2-вида колебаний возбуждение объемных полей в открытых, так же каки в закрытых системах, сопровождается возникновением резонансовгибридных мод, у которых структура продольной компоненты электрическогополя близка к структуре соответствующей компоненты объемной модыэквивалентного гладкого волновода, а радиальная компонента соответствуетсуперпозиции объемной моды меньшего индекса и поверхностной волны.3.
Обнаружено, что в односекционных структурах частота ближайшего к 2π-видурезонанса зависит от длины системы значительно слабее, чем в режиме π-вида,и фиксируется в области частот 2π-вида при нескольких близких значенияхпродольного волнового числа или скорости потока аналогично фиксациичастоты продольного резонанса поверхностной волны вблизи частоты π-вида.4. При исследовании открытых структур на последовательности торов выявленыразличные режимы отклика системы на возбуждение электронным потоком.При значении нормированной частоты 2d/λ≤0.7 и длине менее 15 периодовосновной характеристикой возбуждения структуры являются индивидуальныеколебания полей отдельных торов.
С переходом к квазиплоским структурам сдиаметром D>13λ и длиной более 25 периодов проявляются волноведущие иселективные свойства структуры в области частот π- и 2π-видов колебаний свыделением амплитуды этих резонансов над фоновыми пиками объемных мод.- 23 -Преобладание амплитуды 2π-вида колебаний над амплитудой π-вида особеннозаметно при уменьшении зазора между торами (уменьшении распределенныхпотерь).5. Численно показано, что совмещение механизмов излучения на критическойчастоте собственной объемной моды и на частоте 2π-вида основной моды 2секционной периодической системы приводит к увеличению эффективности иустойчивости генерации; расширяет рабочий диапазон тока пучкарелятивистского дифракционного генератора, при котором генерация остаетсяодночастотной.СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1.
С.П. Бугаев, В.И. Канавец, В.И. Кошелев, В.А. Черепенин Релятивистскиемноговолновые СВЧ генераторы – Новосибирск: Наука, 1991. – 293 c.2. С.П. Бугаев, А.Н. Власов, В.И. Канавец, А.Д. Копенкин, В.И. Кошелев, В.Н.Корниенко, В.А. Попов, В.А. Черепенин Релятивистские дифракционныегенераторы // Релятивистская дифракционная электроника. Вып. 6. –Горький: Изд. ИПФ АН СССР, 1990. – С.185-205.3. Численные методы теории дифракции. Сб. статей. Перев.
с англ. Под ред.В.А.Боровикова. – М.: Мир, 1982. – 198 с.4. Л.А. Вайнштейн, В.А. Солнцев Лекции по сверхвысокочастоной электронике– М.: Сов. радио, 1973. – 299 с.5. С.П. Бугаев, В.И. Канавец, А.И. Климов, В.И. Кошелев, В.А. ЧерепенинРелятивистские многоволновые генераторы объемных волн // Генераторы иусилители на релятивистских электронных потоках. – М.: Изд. МГУ, 1987.
–С. 106-130.6. О.А. Вальднер, Н.П. Собенин, Б.В. Зверев, И.С. Щедрин Диафрагмированныеволноводы. Справочник. Под ред. О.А. Вальднера. – М.: Энергоатомиздат,1991. – 280 с.7. Р. Кинг, У. Тай-Цзунь Рассеяние и дифракция электромагнитных волн – М.:ИЛ, 1957. – 170 с.8. Т.Н. Галишникова, А.С.
Ильинский Численные методы в задачах дифракции.– М.: Изд. МГУ, 1987. – 208 с.9. А.И. Слепков Многомодовый метод анализа нестационарных процессов вчеренковских генераторах на периодических волноводах // Известия АН. Сер.Физ. – 2003 – Т. 67. – №12 – С.1678-1683.- 24 -ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1* Власов А.Н., Королѐва О.В. Резонансные режимы дифракцииэлектромагнитных полей в периодических ограниченных осесимметричныхсистемах. // Сб. научн. тр. V Всерос. шк.-сем. «Волновые явления внеоднородных средах». – Красновидово, 1996.
– C. 23.2* Власов А.Н., Королѐва О.В. Когерентное дифракционное излучениерелятивистских электронных потоков в открытых осесимметричныхпериодических структурах. // Сб. научн. тр. VI Всерос. шк.-сем. «Физика иприменение микроволн». – Красновидово, 1997. – C. 29-31.3* Канавец В.И., Галлямова О.В., Нифанов А.С., Шарыпов К.А. Резонансныеэффекты при возбуждении электронным потоком осесимметричныхпериодических электродинамических структур. // Сб. научн. тр. VII Всерос.шк.-сем. «Волновые явления в неоднородных средах».
– Красновидово, 2000.– T. 2. –C. 23-25.4* Галлямова О.В., Канавец В.И., Нифанов А.С., Слепков А.С. Соотношениемежду поверхностными и объемными полями электродинамических системв релятивистском генераторе дифракционного излучения. // Сб. научн. тр.VIII Всерос. шк.-сем. «Физика и применение микроволн». – Звенигород,2001. – Ч. 1. – С. 58-60.5* Галлямова О.В., Канавец В.И. Резонансы в открытом волноводе напоследовательности торов релятивистского генератора дифракционногоизлучения. // Ibid., – С. 60-62.6* Власов А.Н., Королѐва О.В., Максимов А.С. Дифракционное излучениерелятивистского электронного потока в открытых периодических линиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
