Формирование, преобразование и передача излучения в сверхразмерных электродинамических системах

• Автор: Денисов, Григорий Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 84 с. : ил.; 20х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ОСНОВНЫЕ ЭФФЕКТЫ И ПРИНЦИПЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СВЕРХРАЗМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1.1. Брэгговское рассеяние волн периодическими структурами
1.2. Мультипликация параксиальных пучков в волноводах
1.3. Синтез и реконструкция фазовых фронтов волновых пучков
1.4. Связь волн в нерегулярных волноводах
1.5. Подобие волн в параксиальных и конфокальных системах
1.6. Связь ГО и волнового представлений полей в волноводе
2. ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛН ВО ВНУТРЕННИХ СИСТЕМАХ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СВЧ ПРИБОРОВ
2.1. Релятивистские СВЧ приборы с брэгговскими резонаторами
2.2. Гиро-ЛБВ с винтовым волноводом
2.3. Мазер на свободных электронах ЕОМ-ЕЕМ
2.4. Оптимизация структуры колебаний в открытых резонаторах
3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВОЛН
3.1. Сильная, слабая и умеренная связанности волн. Преобразователи волноводных мод
3.2. Преобразование высших волн сверхразмерных волноводов в собственные волны открытых передающих линий
3.3. Синтез зеркальных антенн для преобразования параксиальных волновых пучков гиротронов
4. ПЕРЕДАЧА КОРОТКОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Основные типы квазиоптических линий передачи
пение полей и анализ модовОго состава излучения
шые компоненты линий передачи.
г ш передачи и антенны для установок УТС
ЧЕНИЕ
Ж РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЮВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.;
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Введение, актуальность темы диссертации
В последние десятилетия мощные источники когерентного электромагнитного излучения диапазона миллиметровых волн все шире используются в таких областях физики и техники, как исследование свойств плазмы и твердого тела, управляемый термоядерный синтез (УТС), плазмохимия, радиолокация и связь, обработка материалов. В указанном диапазоне наибольшую мощность в непрерывном режиме (сотни киловатт) и в очень длинных импульсах до десятков секунд (0.5-1МВт) обеспечивают слаборелятивистские гиротроны [1*-4*, 6*, 55, 60] - вакуумные приборы с энергией электронов до 100 кэВ.
Гиротроны используются главным образом в системах электронно-циклотронных волн плазменных установок УТС. Основными задачами в разработке гиротронов являются: повышение мощности и КПД в непрерывном режиме до 1-1.5 МВт, исследование возможности перестройки частоты в гиротронах мегаваттного уровня мощности. Основным сдерживающим фактором для достижения этих мощностей является перегрев различных частей прибора из-за омических и дифракционных потерь. Мегаваттная мощность и диапазон миллиметровых волн обуславливают использование в гиротронах сверхразмерных электродинамических систем с характерными поперечными размерами в десятки длин волн.
Для решения отмеченных задач необходимы электродинамические системы, в которых формируются рабочие колебания высших типов, выходящее из области взаимодействия с электронами излучение преобразуется в волны с простой структурой, параметры этих волн должны быть точно измерены и эти волны должны быть эффективно введены в линии передачи (обычно длиной в десятки метров) излучения к плазменной камере. Вследствие очень большой мощности допустимые Потери в отдельных элементах этой цепи электродинамических систем, как правило, ограничены уровнем в единицы процентов. Несмотря на значительные достижения в области разработки электродинамических систем для гиротронов, задача остается по-прежнему актуа-

Разработанные волноводные преобразователи нашли свое применение в приборах электроники больших мощностей: гиротронах и линиях передачи, в качестве входного узла черенковского усилителя с релятивистским сильноточным пучком [23], в выходном тракте радара с релятивистским СВЧ генератором [46*] и других.
3.2. Преобразование высших волн сверхразмерных волноводов в собственные волны открытых передающих линий [30-36]
Определив области Бриллюэна («элементарные зеркала») для волноводных волн (см. п. 1.6), рассмотрим линию передачи, состоящую из таких зеркал (Рис. 3.2). Прогибая поверхность волновода, можно топологически перейти от волновода к открытой линии передачи. При этом для локализации поля на зеркале линии (с учетом дифракции) [8, 12] деформация поверхности А может быть весьма малой: кД ~ 1/(8жИр) «1.
Рис. 3.2 Плоский волновод и соответствующая открытая линия передачи. Аппроксимация зеркальной линии с квадратичными зеркалами волноводом с синусоидальной деформацией стенки.
Отметим, что распространение волн в зеркальных линиях передачи обычно описывается квазиоптическими методами. Однако, решая задачу о преобразовании волноводной волны в волну зеркальной линии передачи, удобно представить волны в зеркальной линии как суперпозицию волноводных волн. Используя отмеченную выше