Электродинамические системы черенковских плазменных СВЧ генераторов поверхностных и объемных волн

• Автор: Карташов, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Отражение электромагнитных волн в волноводе с тонкой трубчатой плазмой на локальной неоднородности
§ 1.1. Постановка задачи
§ 1.2. Отражение на переходе плазменного волновода в вакуумный коаксиальный волновод
§ 1.3. Результаты численного расчета и обсуждение
§ 1.4. Распределение плотности потока энергии в поверхностной плазменной волне
Глава 2. Моделирование отражения волнового
пакета на коническом переходе
§ 2.1. Постановка задачи и основные уравнения
§ 2.2. Моделирование рассеяния волнового пакета на
неоднородности в плазменном волноводе
§ 2.3. Численное моделирование и обсуждение результатов

Глава 3. Эффективность излучения плазменного СВЧ генератора при учете дисперсии коэффициента отражения

§ 3.1. Постановка задачи и основные уравнения
§ 3.2. Линейная теория плазменного СВЧ генератора
§ 3.3. Моделирование нелинейной динамики плазменного
СВЧ генератора
Глава 4. Черенковское возбуждение объемных колебаний плазменного волновода прямолинейным пучком нерелятивистских электронов
§ 4.1. Постановка задачи и основные уравнения
§ 4.2. Линейное приближение
§ 4.3. Нелинейная динамика неустойчивости
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Плазменная сверхвысокочастотная (СВЧ) электроника зародилась после опубликования в 1949 году работ Ахиезера и Файнберга [1], Бомма и Гросса [2], рассмотревших явление пучковой неустойчивости в плазме. В этих работах, на основе решения линеаризованных уравнения Власова для плазмы, уравнений гидродинамики для пучка и уравнений Максвелла, было показано, что параллельный, монохроматический (моноскоростной), смодулированный пучок, движущийся со скоростью превышающей среднюю тепловую скорость частиц плазмы может приводить к появлению экспоненциально нарастающих решений. Так было открыто явление пучковой неустойчивости в плазме, были получены спектры частот и инкременты колебаний. Это явление сразу привлекло к себе внимание. Основной целью исследования плазменных неустойчивостей стало построение на их основе усилителей и генераторов электромагнитного излучения [3]—[10].
Первые эксперименты по созданию плазменных источников СВЧ излучения были проведены в конце 50-х - начале 60-х годов [11, 12]. Однако предсказанные преимущества так и не были достигнуты. Хотя эксперименты и продемонстрировали сильное взаимодействие пучка с плазмой, но все же эффектитвность излучения оставалась низкой. Как выяснилось связано это с нерелятивизмом электронного пучка.
Новый этап бурного развития плазменной СВЧ электроники приходится на начало 70-х годов. В это время в руках физиков появились сильноточные релятивистские электронные пучки, что открыва-

коэффициентом отражения плазменной волны к2 (по мощности), получении в [83]. Наоборот, в пределе малых кг отношение потоков (1.4.11) в качестве приближения к2 использовать не вполне корректно.
Зададим конкретные параметры системы [18]: радиус волновода Я = 2 см, средний радиус плазмы гр = 1см, толщина плазмы 6Р = 0.1см, радиус коллектора гд = 1.05 см, плазменная частота шр = 35хЮ10 рад/с. На рис. 1.4.1 представлены результаты расчета: сплошная кривая соответствует отношению потоков энергии т} (1.4.4), а пунктирная коэффициенту отражения «2 по мощности рассчитанному на основе точных граничных условий [83]. Видно, что обе кривые,
Рис. 1.4.1. Зависимость отношения потоков г) (сплошная линия) и коэффициента отражения к2 (пунктирная линия) от частоты при Го = 1.05 см.
особенно в области высоких частот, достаточно хорошо совпадают. Параметры системы выбраны таким образом, что длины возбуждаемых волн при высоких частотах оказываются малыми по сравнению с характерными геометрическими размерами го, Я — го. При увеличении плазменной частоты отношение потоков (сплошная кривая), как