Исследование физических процессов возбуждения электромагнитных колебаний в отражательном генераторе дифракционного излучения

• Автор: Воробьев, Геннадий Савельевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 167 c. : ил

ГЛАВА I. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЧ КОЛЕБАНИЙ В ОТРАЖАТЕЛЬНОМ ГЕНЕРАТОРЕ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1. Постановка задачи и методы исследований
1.2. Решение эквивалентной задачи
1.3. Особенности энергетического взаимодействия электронного потока с электромагнитным
полем
1.4. Исследование условий возбуждения колебаний при двукратном пролете электронов
1.5. Влияние последующих пролетов электронов
вывода
ГЛАВА II. ВЛИЯНИЕ МНОГОКРАТНОГО ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1. Теоретический анализ особенностей электронной перестройки частоты
2.2. Экспериментальное исследование влияния многократного взаимодействия электронов на диапазон перестройки частоты
2.3. Влияние плотности тока и фокусирующего магнитного поля на мощность и частоту генерации
вывода

ГЛАВА III. ОСОБЕННОСТИ МОДУЛЯЦИОННЫХ И СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1. Паразитная модуляция в спектре непрерывного излучения
3.2. Импульсная модуляция по ускоряющему напряжению
3.3. Амплитудная и частотная модуляция по напряжению отражателя
3.4. Обсуждение результатов исследований
ВЫВОД!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ I. УГЛЫ ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ В СТАТИЧЕСКИХ
ПОЛЯХ ОТРАЖАТЕЛЯ И ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК В ПРОСТРАНСТВЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОГДИ ПРИ ДВУКРАТНОМ
ПРОЛЕТЕ ЭЛЕКТРОНОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЭЛЕКТРОННОГО ТОКА НА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГДИ ПРИ ОДНОКРАТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОНОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
ЛИТЕРАТУРА

Одной из проблем в области физики и техники миллиметровых и субмиллиметровых (МСМ) волн является создание высококогерентных источников электромагнитных колебаний, которые необходимы для решения задач радиолокации, спектроскопии, радиоастрономии, связи и т.д. Сложность создания таких устройств определяется спецификой МСМ диапазона: по мере повышения рабочей частоты начинает сказываться квантовая природа излучения, резко возрастают потери в электродинамических структурах и уменьшается объем области взаимодействия электромагнитных полей с активной средой. Поэтому при разработке генераторов и усилителей МСМ диапазона основополагающими являются исследования по моделированию длинноволновых приборов и поиску новых, более эффективных механизмов возбуждения электромагнитных колебаний. К настоящему времени в этом направлении достигнуты значительные успехи [1-5]
С помощью моделирования классических принципов преобразования энергии электронов в энергию электромагнитного излучения созданы ЛБВО, клистроны и магнетроны миллиметрового диапазона, а также различные модификации ЛОВО, перекрывающие практически весь МСМ диапазон [1,2,5] . Однако при укорочении длины волны эффективность энергообмена в таких приборах значительно уменьшается за счет сокращения поперечного сечения и объема области взаимодействия, роста омических потерь в резонаторах и замедляющих системах. Эти факторы приводят к ухудшению выходных характеристик и ограничению области практического применения классических устройств электроники в МСМ диапазоне волн.
Значительное увеличение объема области взаимодействия электронов с высокочастотными полями достигается при использовании для целей генерирования и усиления МСМ волн новых механизмов возбуждения электромагнитных колебаний: идеи Франка о дифракцион-

отраженного пучка электронов на токооседание, в ОГДИ, по сравнению с пролетным ГДИ, наблюдается существенное уменьшение пусковых токов.
2. Для заданного значения параметра рассинхронизма с изменением угла пролета (режим "8 ") электронный поток отдает энергию СВЧ полю либо непрерывно, либо дискретно. Как следует из (1.19), чередование областей возбуждения и затухания колебаний с периодом 2# наблюдается при ^ 0,4. На рис.1.10 приведены зависимости функции (*г от угла пролета 9ц , которые рассчитывались по формуле (1.13) при К2 = I и различных значениях параметра рассинхронизма Ф1 = 0,2 # ■{■ -2# . В данном
случае с изменением Д генератор возбуждается только в дискретных зонах при любой величине электронного тока Э0
Положение, ширина и минимальные значения пусковых токов зон генерации определяются параметром рассинхронизма и коэффициентом токопрохождения обратных электронов. Цри изменении Ф1> от 0,2# до -2# зоны генерации сдвигаются в сторону увеличения углов пролета электронов в поле отражателя. Такое поведение пусковых характеристик ОГДИ может привести к возбуждению различного количества зон генерации в заданном интервале Д? . В частности, на рис. 1.11 приведены экспериментальные зависимости пусковых токов от Ц? при различных значениях = 75 ГГЦ;
Д, = 0,8 мм; Кг > 0,4(модель ОГДИ - рис.1.4г). Видно, что с увеличением значений ускоряющего напряжения (увеличением рассинхронизма Фс ) зоны генерации сдвигаются в область меньших Д (больших 9ц ), и наблюдается рост минимальных значений пусковых токов. Такой характер поведения Оп может привести к уменьшению в заданном интервале напряжений на отражателе количества зон генерации (рис.1.11, Д = 2602 В). Это связано со смещением одной из зон генерации в нулевую область значений Д за