Теоретическое исследование энергообмена в генераторах дифракционного излучения

• Автор: Евдокименко, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 171 c. : ил

ГЛАВА I. ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ В ОТКРЫТЫХ РЕЗОНАТОРАХ ПРЯМОЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОКАМИ
§ I. Модель ГДИ и ее математическое описание
§ 2. Взаимодействие электронного потока с пространственно-неоднородными полями
§ 3. Возбуждение резонаторов, содержащих периодическую структуру
вывода К ГЛАВЕ I
ГЛАВА II. ВОЛНОВОЕ И ДИСКРЕТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В РЕЖИМЕ СТАЦИОНАРНЫХ КОЛЕБАНИЙ
§ 4. Нелинейная модель дискретного взаимодействия. Сравнение с волновой моделью
§ 5. Упрощенная нелинейная теория ГДИ на основе
модели дискретного взаимодействия
§ 6. Предельные КПД энергообмена между электронным потоком и резонансными полями
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ II
ГЛАВА III.ЭНЕРГООБМЕН МЕЖДУ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ И
ВЫСШИМИ МОДАМИ ОР ГДИ
§ 7. Стартовые характеристики
§ 8. Особенности нелинейных режимов энергообмена
§ 9. Влияние сил пространственного заряда
ШВОДЫ К ГЛАВЕ III
Глава IV. ЭНЕРГООБМЕН ПРИ ВИНТООБРАЗНОМ ДВИЖЕНИИ ЭЛЕКТРОНОВ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ
§ 10. Влияние поперечной неоднородности поля на
стартовые характеристики ГДИ
§ II. Анализ стационарных и переходных процессов
§ 12. Вычислительный эксперимент
ВЫВОД! К ГЛАВЕ ІУ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ЛИТЕРАТУРА
Генератор дифракционного излучения (ГДИ) [1] , основанный на эффекте дифракционного излучения [2,3] , является эффективным источником когерентных электромагнитных колебаний в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. Использование в качестве накопителя энергии и частотного селектора открытого резонатора (ОР) позволило в данном приборе объединить лучшие свойства оптических квантовых генераторов с преимуществами электронно вакуумных приборов. В результате ГДИ обладает достаточно большой непрерывной выходной мощностью, высокой степенью когерентности и стабильности колебаний, низким уровнем шумов и сравнительно большим диапазоном перестройки частоты, которая осуществляется электронным и механическим способом. Благодаря этим свойствам ГДИ находит все большее применение не только в лабораторных исследованиях, но и в различных областях современной радиотехники.
С момента создания генератора возникла необходимость объяснения физических процессов, происходящих при взаимодействии электронов с полями ОР, рассеивающимися на дифракционной решетке, а также расчета его рабочих характеристик. Все это стимулировало развитие теоретических методов анализа условий работы ГДИ, оптимизации его параметров, а также исследований, направленных на развитие и изучение новых систем, основанных на базе исследуемого генератора.
В проводимых исследованиях можно вццелить два основных направления.
К первому относятся работы, посвященные исследованию электродинамических свойств элементов конструкции ГДИ и изучению свойств дифракционного излучения. Наибольшего развития они достигли при создании строгих методов теории дифракции, таких как метод задачи Римана-Гильберта [4] , метод полуобращений и др. [б] . Их приме50.
МДВ. Видно, что уже при А/ = 5 эта ошибка составляет 10%. В общем случае погрешность определения стартового тока в модели, учитывающей взаимодействие электронного потока только с одной гармо никой, пропорциональна А/ и для применяемых на практике решеток с А/~ 20 практически равна нулю.
На рис. 1.6 показана зависимость функции рассинхронизма от отношения 0 при взаимодействии электронов с полем дифракционных решеток, состоящих из различного числа периодов. Во всех случаях максимум эффективности взаимодействия наблюдается при 0 =0,5. Этот результат можно объяснить на примере взаимодействия отдельного электрона с полем одного зазора. Электрон, попадая в область щели дифракционной решетки в начальный момент тормозящей фазы, будет находиться там полностью на протяжении всего полупериода колебаний, в момент инверсии фазы он покидает область щели и попадает в область ламели, где поле близко к нулю. Поэтому при таком значении 0 электрон будет взаимодействовать лишь с тормозящими полупериодами электромагнитных колебаний и находить ся в тормозящем поле максимально возможное время. При взаимодействии ансамбля электронов, точно так же ведет себя образовавшийся под действием поля сгусток. Поэтому при 0 =0,5 эффективность
энергообмена будет максимальной3^.
Выражение (1.42) позволяет проводить анализ взаимодействия электронов с полем дифракционных решеток, амплитудное распределение вдоль которых может быть произвольным. С достаточной степенью точности амплитудное распределение поля 0Р вдоль решетки
ГДИ можно описывать функциями Гаусса-Зрмита. В этом случае функ
цию V (Ч>) в выражении (1.42) при работе генератора на основной
Ширина щели влияет не только на эффективность взаимодействия, но и на добротность 0Р и амплитуду поля на щели. Поэтому в действующих ГДИ д 4 0.5 £і4] (см. § 5).