Диссертация (1102877)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиМИХЕЕВ Димитрий АлексеевичДИНАМИКА ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКАВ НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ01.04.03 – радиофизикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Ю.А. ПИРОГОВМосква, 2016ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................................4ГЛАВА 1.
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВВ МИКРОВОЛНОВЫХ УСТРОЙСТВАХ .......................................................................................9§ 1.1. Введение ............................................................................................................................................... 9§ 1.2. Поперечные волны электронного потока ...................................................................................
11§ 1.3. Ленточный электронный поток в магнитном поле .................................................................. 17§ 1.4. Механизм группировки электронов в свободном пространстве. ......................................... 22§ 1.5. Методы моделирования динамики электронных потоков ..................................................... 27§ 1.5.1. Метод конечных интегралов..................................................................................................
27§ 1.5.2. Метод «частица в ячейке» ...................................................................................................... 32§ 1.6. Выводы. .............................................................................................................................................. 36ГЛАВА 2.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ПОТОКОВ С ПОПЕРЕЧНЫМИЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ .........................................................................................38§ 2.1. Введение ............................................................................................................................................. 38§ 2.2. 3D модель цилиндрического резонатора типа Каччиа ............................................................
40§ 2.3. Выбор формы петли связи для ввода микроволной энергии ................................................. 42§ 2.4. Модовый состав и структура мод цилиндрического резонатора. ........................................ 46§ 2.5. Взаимодействие электронного пучка с высокочастотным электрическим полемцилиндрического резонатора в однородном магнитном поле ............................................................... 50§ 2.6. Выводы ............................................................................................................................................... 53ГЛАВА 3.
ТРАНСПОРТИРОВКА И УСТОЙЧИВОСТЬ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА В РАСШИРЯЮЩИХСЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ .............................................55§ 3.1. Введение ............................................................................................................................................. 55§ 3.2.
Многопериодная модель ленточного электронного потока .................................................. 55§ 3.3. Трехмерная реализация многопериодной модели ленточного электронного потокаметодом крупных частиц ................................................................................................................................ 59§ 3.4. Распространение ленточного электронного потока в отсутствие циклотронноговращения во внешнем однородном магнитном поле. .............................................................................. 62§ 3.5.
Распространение ленточного электронного потока с циклотронным вращениемво внешнем аксиально-симметричном магнитном поле ......................................................................... 66§ 3.6. Распространение ленточного электронного потока с циклотронным вращениемво внешнем плоско-симметричном магнитном поле ............................................................................... 712§ 3.7. Эффективность преобразования циклотронной энергии ленточного пучка в энергиюего продольного движения .............................................................................................................................
73§ 3.8. Применение ленточного электронного потока в циклотронном преобразователеэнергии ................................................................................................................................................................ 77§ 3.9. Выводы ...............................................................................................................................................
78ГЛАВА 4. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ГРУППИРОВКА ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКАВ НЕОДНОРОДНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ ............................................................................80§ 4.1. Введение ............................................................................................................................................. 80§ 4.2.
Модель электронного пучка .......................................................................................................... 80§ 4.3. Пространственная группировка электронного потока в аксиально-симметричноммагнитном поле ................................................................................................................................................. 83§ 4.4. Пространственная группировка электронного потока в плоско-симметричноммагнитном поле .................................................................................................................................................
87§ 4.5. Спектральный анализ сгруппированного электронного потока ........................................... 89§ 4.6. Принцип пространственной 3D группировки электронного потока в неоднородныхмагнитных полях .............................................................................................................................................. 96§ 4.7. Выводы ............................................................................................................................................... 98ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................................................99ЛИТЕРАТУРА ...................................................................................................................................1013ВВЕДЕНИЕАктуальность работыВ современной электровакуумной технике большинство проводимых фундаментальныхисследований продиктованы необходимостью решения ряда практических задач, главными изкоторых на текущий момент являются:1) Повышение выходной СВЧ мощности и энергии электровакуумных устройств, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режиме, повышение средней мощности импульсных приборов;2) Повышение эффективности использования энергии, запасенной в пучках вакуумныхустройств, увеличение коэффициента полезного действия (КПД) приборов СВЧ;3) Освоение субтерагерцового и терагерцового диапазона длин волн;4) Уменьшение массогабаритов устройств СВЧ.Традиционно центральная роль отводится решению первых двух задач: создание мощных и высокоэффективных устройств СВЧ [1-4].
Использование устройств СВЧ с одним цилиндрическим или трубчатым электронным потоком на данном этапе уже является недостаточным для решения указанных проблем, так как входная микроволновая мощность такихустройств сильно ограничена по уровню максимального входного тока пучка и остается сравнительно невысокой.В настоящее время в отечественной вакуумной электронике вопрос повышения входноймощности устройств СВЧ решается применением многолучевых приборов на основе пучковкруглого сечения [5-9]. Однако использование подобных устройств сопряжено с рядом затруднений, неизбежно возникающих при разработке и изготовлении многолучевых приборов. Вопервых, существует проблема фокусировки пучков, которые находятся в различных начальныхусловиях, что в итоге сказывается не только на эффективности устройства в целом, но и ограничивает его входную мощность.
Во-вторых, при переходе в миллиметровый и более коротковолновые диапазоны длин волн поперечные размеры как пучков, так и каналов, в которых онираспространяются, становятся настолько малы, что «протянуть» все пучки вдоль канала взаимодействия без оседания электронов на стенки устройства представляется практически неосуществимой задачей.В настоящей работе в качестве альтернативы многолучевым устройствам предлагаетсяиспользование ленточных электронных потоков для создания высокомощных электровакуумных приборов СВЧ [10-26]. Ленточные электронные потоки с широким прямоугольным (илиэллипсоидальным) сечением дают возможность реализовать одновременно большой ток пучка4и низкую плотность пространственного заряда, снизить уровень фокусирующего магнитногополя и обеспечить высокую эффективность устройств с широкой рабочей полосой частот, высокими значениями импульсной и средней мощности.Исследования, проведенные в последние годы за рубежом, продемонстрировали перспективность устройств СВЧ с ленточными электронными пучками [27-32].
В настоящее времяуже существуют экспериментальные образцы мощных устройств СВЧ с ленточными электронными пучками. Например, клистрон и лампа бегущей волны (ЛБВ) в миллиметровом диапазонедлин волн [28, 30].Особое внимание в работе уделяется поперечно-волновому взаимодействию электронных потоков с высокочастотными электромагнитными полями [33, 34]. Высокая эффективностьпреобразования энергии микроволн в энергию постоянного тока может быть достигнута примодуляции ленточного электронного потока поперечными электрическими полями.
Теоретические и экспериментальные работы продемонстрировали возможность и перспективность поперечно-волнового взаимодействия применительно к мощным приборам СВЧ [35].Отметим, что проведенные в работе исследования, которые связаны с изучением энергообмена ленточного электронного потока с поперечными электромагнитными полями, позволили обнаружить новый эффект, получивший название пространственной 3D группировкиэлектронного потока.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
