Введение к работе
Актуальность темы. При создании мощных н сверхмощных СВЧ генераторов и усилителей (вплоть до гигаваттного уровня мощности) перспективно использовать черепковское взаимодействие трубчатого релятивистского электронного патока с полями секционированных сверхразмериых периодических поліюподов (с отношением диаметра волновода к длине волны DB/X»l) на частотах вблизи границы полосы прозрачности низшей аксиально-симметричной моды системы (у "к"- вида колебаний поверхностной полны моды Е0( ). Переход к таким системам позволяет сохранять приемлемые значения напряжен»^стей электрического ноля и обеспечивать решение проблемы селекции мод.
Исследования, проведенные в МГУ и Институте силыюточной 11 электроники (ИСЭ СО РАН), показали, что по мере увеличения отношения Т>д/К» роста релятивистского фактора все более важную роль играют объемные ноля, определяющие обратные связи и х ірактеристики излучаемого по./я. Объемные поля особенно сушед гветы в устройствах на сверхразмерных секционированных волноводах. Кроме того, в сильноточных источниках важен учет роли электронной среды, которая во многом определяет труктуру электромагнитных полей как генераторов так н усилителен.
Успехи экспериментальных исследований черепковских источников стимулировали развитие теоретических работ в этой области. Существующие методы позволяют исследовать широкий спектр физических явленні} в устройствах данного типа. Большое число результатов было получено с помощью приближенной методики, основанной на замене реальной системы эквивалентной схемой поверхностной волны с фиксированной структурой в пределах одного периода. Для аісализа взаимодействия потока с объемными полями стали широко использоваться точные электродинамические методы тина метода Галеркииа. Соответствующие уравнения теория, «сносшшыс на применении неполного метода Галеркнпа, как правило, записываются в рамках полных полей. П приближенном методе эквивалентных схем, напротив, используется кулонопская ка: ибрпака ноташпалоп, поля « токи разделяются па mtxpcBtrfc и нотеннналмгые части.
Для связи тайных, полученных при илмошн различных методик, жслатгльна разработка теории; основанний на разделении нолей и (оков на пнхревые и потенциальные части и пп.іво.іянііцій учпн.ні;ігь
взаимодействие потока не только с поверхностными, но и объемными волнами сверхразмерных периодических волноводов.
Диссертацией..ая работа посвящена развитию теории, а также исследованию процессов усиления н самовозбуждения колебаний в устройствах на сверхразмерных периодических волноводах в условиях одновременного возбуждения объемных и поверхностных полей. Особое внимание уделено исследованию 'обственных мод в волноводах, нагруженных электронным потоком, а также резонансным эффектам с этими „олнами в электродинамических системах конечной длины.
Цель работы.
1. Создание метода численного анализа процессов взаимодействия
электронных пучков с полями секционированных сверхразмерных
периодических волноводов, основанного на разделении полей и токов на
вихревые и потенциальные части.
2. Исследование дисперсии и структуры собственных волн
сверхразмерных периодических волноводов, нагруженных релятивистским
электронным пучком, в диапазоне частот вблизи "я"- вида колебаний
низшей аксиально-симметричной моды системы.
3. Проведение анализа амплитудно-частотных характеристик и
нахождение стартовых условий самовозбуждения черенковских систем на
сверхразмерных периодических волноводах конечной длины в области
частот вблизи "я" - вида колебаний системы.
Научная новизна и основные защищаемые положения:
1. Сформулирована и развита линейная теория самосогласованного
взаимодействия релятивистских электронных потоков с полями
сверхразмерных периодических волноводов в рамках разделения полей и
токов на вихревые и потенциальные части.
2. Изучены дисперсионные характеристики и структуры полей
собствеплых волн сверхразмерных периодических волноводов в
диапазонах частот, характерных для многоволновых черенковских л
дифракционнчх генераторов.
-
Исследованы особенности изменения вихревых электромагнитных нолей вблизи частоты "л" -вида колебаний в системе "сверхразмерный периодический волновод - релятивистский электронный поток" при малых сшналах.
-
Развит метод теоретического анализа и исследованы физические прошчты, протекающие при взаимодействии релятивистского электронного
потока с полями сверхразмерных секционированных структур в линейном режиме.
5. Исследованы амплитудио - частотные характеристики черсиконскнх устройств на сверхразмерных периодических электродинамических системах конечном длины и стартовые условия при взаимодействии полей с релятивистским электронным потоком вблизи частоты V-вида колебаний.
Практическая, ценности: Результаты работы представляют интерес, для исследователей, занимающихся теоретическим и экспериментальным исследованием релятивистских источников микрово тнового излучения на сверхразмерных периодических волноводах.
Теоретический метод исследования особенностей взаимодействия релятивистского электронного потока с полями сверх размерных периодических волноводов позволяет находить структуры полей, частоты генерации и стартовые условия для многоволногых устройств сильноточной ллектроники. Полученные данные могут быть использованы при создании новых конструкций многоволновых черепковских генераторов и усилителей.
На оснос4 исследования физических процессов- взаимодействия потока и поля на частотах вблизи границы полосы прозрачности разработаны рекомендации по созданию черенковского многоволнового усилителя с заданной структурой выходного поля.
Результаты исследования структуры полей собственных волн сверхразмерных периодических волноводов в высших полосах прозрачности могут быть использованы для решения задачи селекции мод в устройствах релятивистской электроники.
Апробация работы: Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: 6, 7 и 8-м Всесоюзных симпозиумах по сильноточной электронике {Томск 1986 г., Томск tyHS г., Свердловск 1990 г.), И Всесоюзной конференции "Электроника СВЧ" (Орджоникидзе 1986 г.), Ю Всесоюзном семинаре "Волновые и колебательные явления в злект;кжных приборах О - типа" (Ленинград 1990 г.). Всесоюзном научном семинаре "Математическое моделирование и примсі' чіис явлений дифракции" (Москва, МГУ. НИН) г.), Вспоюlimit школе - семинаре - "Физика и применение микроволн" (Моекил, МГУ, !!)!)! г.), 9 Международной конференции ' Ве;>"гл-92" (Влшинітон, V.)'.>2 \ ). Всероссийской школе - семинаре "Физика и примпн mtr чииронплм Миллиметровые нолны" (Москва, МГУ, ІІШ г.).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 12 работ, списо» ^которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем - 185 стр., в ток числе 44 рисунка. Список литературы содержит 169 наименований.
