Излучение мощных электронных потоков в резонансных периодических электродинамических системах

• Автор: Слепков, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 358 с. : ил.

~ ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Теоретические и экспериментальные исследования мощных устройств СВЧ с длительным взаимодействием (Обзор литературы)
1.1. Классификация излучений и приборы СВЧ электроники
'ф 1.1.1. Излучение одиночного электрона
1.1.2. Механизмы излучения электронных потоков в устройствах СВЧ
ф 1.2. Теоретические подходы к анализу взаимодействия потока и поля замедляющих
систем
1.2.1. Полевые методы, связанные с выделением «синхронных» гармоник
поля
1.2.2. Методы, основанные на выделении резонансных объемов в электродинамической структуре
ф 1.2.3. Численное моделирование микроволновых источников на
сверхразмерных волноводах с помощью точных электродинамических методов
1.3. Мощные источники СВЧ
1.3.1 .Типичные конструкции и характеристики устройств мощной слаборелятивистской электроники СВЧ
1.3.2. Типичные конструкции и достижения релятивистской электроники
1.4. Физические процессы при взаимодействии электронных потоков с ПОЛЯМИ
ЧР резонансных периодических структур
ф 1.4.1. Волны в периодических структурах
1.4.2. Особенности взаимодействия электронных потоков с полями резонансных замедляющих структур
Глава 2. Возбуждение электромагнитных полей электронными
потоками. Основные уравнения
2.1. Уравнения электроники при выделении вихревых полей
2.1.1. Вихревые поля и вихревые токи
2.1.2. Электронный поток. Особенности моделирования
® 2.1.3. Возбуждение вихревых полей нерегулярных волноводов вихревыми
токами
2.1.4. Представление нерегулярных волноводов цепочками связанных волновых трансформаторов

2.2. Особенности анализа возбуждения электродинамических систем в резонансных режимах. Метод эквивалентных схем
2.2.1. Описание вихревых полей переменной структуры с помощью эквивалентных схем
2.2.2. Эквивалентное описание резонансных замедляющих систем, связанных с
электронным потоком, в малосигнальном приближении
2.2.3 Уравнения нелинейного нестационарного анализа черенковского излучения электронных потоков в одномодовых периодических системах
2.3. Матричный многомодовый метод анализа взаимодействия электронного потока и поля сверхразмерного периодического волновода. Малосигнальное приближение
2.3.1. Постановка задачи
2.3.2. Возбуждение вихревого поля периодического сверхразмерного волновода
2.3.3. Учет граничных условий в сечениях входа и выхода. Определение структуры полей в односекционных и многосекционных устройствах
2.3.4. Анализ точности и сходимости решения
2.4. Многомодовый метод анализа нестационарных процессов в черенковских генераторах на периодических волноводах
2.4.1. Система матричных уравнений возбуждения полей нерегулярного волновода релятивистским электронным потоком
2.4.2. Анализ сходимости решения и точности результата
Результаты и выводы 2-й главы
Глава 3. Резонансное взаимодействие электронного потока и
электромагнитного поля в одномодовых периодических
системах
3.1. Общие свойства собственных волн замедляющих систем с электронным потоком
3.1.1.Дисперсия и структура волн в периодических системах с электронным потоком
3.1.2. Область усиления и "горячая" граница полосы прозрачности
3.1.3. Усиление и самовозбуждение при наличии потерь
3.2. Возбуждение колебаний и волн в замедляющих системах конечной длины
3.2.1. Возбуждение и подавление продольных мод в замедляющих системах с электронным потоком
3.2.2. Особенности возбуждения системы при взаимодействии ЛБВ-типа
3.2.3. Динамические эффекты в системах с преимущественным взаимодействием ЛОВ-типа
3.3. Анализ ЛБВ на цепочках связанных резонаторов
3.3.1. Конструкция системы и особенности взаимодействия потока и поля в ЛБВ на цепочках связанных резонаторов
3.3.2. Частотные характеристики секций ЛЕВ
3.3.3. Усиление и самовозбуждение колебаний в секциях ЛЕВ
3.3.4. Анализ усиления колебаний в мощных многосекционных ЛЕВ
3.4. Исследование релятивистской ЛЕВ-ЛОВ на гофрированном волноводе
3.4.1. Конструкция и особенности теоретического описания
3.4.2. Дисперсионные характеристики и собственные волны устройства
3.4.3. Самовозбуждение ЛБВ-ЛОВ на гофрированном волноводе
3.5. Волны в резонансной замедляющей структуре с электронным пучком и плазмой
3.5.1. Постановка задачи
3.5.2. Уравнения возбуждения плазменно-пучковых волн
3.5.3. Уравнения возбуждения волн замедляющей структуры
3.5.4. Матрица передачи и дисперсионное уравнение
3.5.5. Дисперсия волн в системе. Результаты численных расчетов
3.6. Основные закономерности взаимодействия потока и поля в черепковских генераторах на поверхностной волне
3.6.1. Постановка задачи
3.6.2.Особенности возбуждения поверхностного поля периодического волновода на частоте границы полосы прозрачности
3.6.3. Взаимодействие потока и поля в релятивистском генераторе поверхностной волны. Линейное приближение
3.6.4. Нестационарные процессы в генераторе поверхностной волны
3.6.5. Синхронизация колебаний в генераторе на периодическом волноводе..200 Результаты и выводы 3-й главы
Глава 4. Особенности комбинированного взаимодействия в
электронных приборах на резонансных замедляющих
системах
4.1. Механизмы поперечного и комбинированного взаимодействия в электронных приборах на резонансных замедляющих системах
4.1.1. Электродинамические свойства структур и их описание
4.1.2. Соотношение между параметрами структуры и параметрами эквивалентной цепи
4.2. Дисперсия волн в устройствах с комбинированным взаимодействием потока и поля
4.2.1. Влияние фокусирующего магнитного поля на дисперсию волн в системах с поперечным взаимодействием
4.2.2. Изменения решений дисперсионного уравнения вблизи границы полосы прозрачности
4.2.3. Решение дисперсионного уравнения для устройств с комбинированным взаимодействием
2.1.3. Возбуждение вихревых полей нерегулярных волноводов вихревыми токами [165,180].
Описание полей нерегулярного волновода. Использование кулоновской калибровки потенциалов в задачах электроники удобно в тех случаях, когда, в электродинамической системе успевает установиться структура собственных мод. В этом случае поле в рассматриваемой системе удобно разлагать по этой системе функций (все они удовлетворяют уравнениям Максвелла для вихревых полей (2.2)). При этом структура потенциальных полей определяется с помощью решения уравнения Пуассона.
Предлагается метод анализа слабонестационарных и стационарных (на частоте со) процессов, основанный на разложении вихревых полей электродинамических систем по системам собственных функций выделенных объемов и дальнейшем сшиванием этих полей с учетом непрерывности потока вектора Умова-Пойнтинга.
Для частного случая слабонерегулярных волноводов будем разлагать электромагнитные поля в них по системе функций поперечного сечения. Используется слабонестационарное приближение, предполагается, что за время равное периоду Т=2ж/а>, где со -опорная частота, усредненные характеристики полей меняются слабо.
Произвольный аксиально-симметричный нерегулярный волновод представляется в виде последовательности участков гладких волноводов с фиксированным диаметром (см. рис.2.1). Для каждого выделенного участка с номером записываются уравнения возбуждения вихревого электрического и магнитного полей. В пределах каждого участка вихревое электрическое и магнитное поля рассматриваются в виде суперпозиции прямых и обратных мод гладкого волновода. В общем случае может быть рассмотрено возбуждение