Методы повышения эффективности одномодовой генерации мощных гиротронов

• Автор: Запевалов, Владимир Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 267 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Методы и результаты теории селекции и взаимодействия мод в

гиротронах со сверхразмерньми резонаторами.

1.1 Проблема взаимодействия мод в гиротронах с резонаторами большого

поперечного сечения

1.2 Стартовые токи мод в гиротронах со сверхразмерными резонаторами и

селекция мод на стадии самовозбуждения.
1.3 Уравнения нестационарных процессов в многомодовых гиротронах и ус
тойчивость стационарной одномодовой генерации.
1.4 Получение устойчивой стационарной одномодовой генерации при взаи
модействии мод, синхронных с пучком на первой и второй гармониках циклотронной частоты.
1.5 Особенности конкуренции мод с продольной структурой бегущей волны
1.6 Нестационарные процессы в двухмодовом гиротроне с энергетическим
взаимодействием мод.
1.7 Нестационарные процессы в двухмодовом гиротроне с амплитудно
фазовым взаимодействием мод
1.8 Обеспечение устойчивости генерации в трехмодовом гиротроне с фазо
вой связью мод.
1.9 Использование связанных резонаторов с трансформацией мод в гиротро
нах.
1.10 Селекция мод в многолучевых гиротронах
1.11 Влияние статического пространственного заряда в электронных пучках
циклотронной реабсорбции и ряда других факторов на характеристики гиротрона
Выводы
Глава 2 Экспериментальные исследования и разработка мощных гиро
тронов на основном циклотронном резонансе.
2.1 Основные проблемы мощных квазинепрерывных гиротронов миллимет
рового диапазона

2.2 Исследование и оптимизация параметров электронного пучка в мощных
гиротронах миллиметрового диапазона
2.3 Исследование высокоэффективных гиротронов с выводом энергии на ра
бочей моде.
2.4 Оптимизация гиротрона со встроенным преобразователем
2.5 Рекуперация в мощных гиротронах
2.6 Разработка мощного многочастотного гиротрона
2.7 Опытно-промышленные квазинепрерывные гиротроны мегаваттного
уровня мощности для УТС.
2.8 Создание непрерывного гиротрона с частотой 300 ГГц
Выводы
Глава 3. Экспериментальное исследование гиротронов на гармониках
гирочастоты.
3.1 Особенности гиротронов на гармониках гирочастоты
3.2 Эффекты конкуренции мод и селекция колебаний в гиротроне на второй
гармонике с рабочей модой ТЕ0г.
3.3 Мощный гиротрон на второй гармонике гирочастоты
3.4 Гиротрон на второй гармонике с дополнительным поглощающим пучком
3.5 Мощный гиротрон с двумя излучающими пучками
3.6 Гиротроны со связанными резонаторами с трансформацией мод
3.7 Гиротроны на высоких гармониках с приосевым пучком
Выводы
Заключение
Цитированная литература
Список авторских работ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ а- коэффициент перемагничивания (а = В0/Вс , где В0,ВС -магнитные поля в рабочем пространстве и на катоде соответственно);
Д Дх , Дц - полная, осцилляторная и продольная скорости в рабочем пространстве, отнесенные к скорости света;
у - относительная энергия электронов (релятивистский масс-фактор);
- среднее значение относительной энергии электронов на выходе из резонатора; со - частота (циклическая) колебаний в резонаторе; tj - коэффициент полезного действия; в - угол пролета электронов;
Л- длина волны;
/7-КПД;
т)е- электронный КПД;
сон - гирочастота электронов (циклическая);
<5vi - скоростной разброс по поперечным скоростям электронов;
В0 - величина магнитного поля в резонаторе;
BN- нитрид бора;
BN окно -окно из пиролитического нитрида бора;
CPD-коллектор - коллектор с рекуперацией;
CVD-алмаз - синтетический алмаз, выращенный по CVD-технологии;
CW-режим непрерывной генерации;
Ее - электрическое поле на катоде;
fly.х) - функция распределения по поперечным скоростям;
F(w)- функции распределения электронов по энергиям; flz) - функция продольного распределения ВЧ поля; flz) - функция продольного распределения ВЧ поля; g - питч фактор;
Gmp - структурный фактор;
I - ток пучка;
Jm(v) - функция Бесселя;
Jm’(v)- производная Функции Бесселя B0af- длина перехода;
ЬаВ6-гексаборид лантана;

(1.39)
а эффективность энергообмена электронного пучка только с полем я-моды (в случае рабочей моды имеющая смысл поперечного КПД)
Выходной КПД гиротрона на в-моде (на выходе резонатора) определяется выражением
где - отношение поперечной энергии электронов пучка к их полной энергии, и ом - полная и омическая добротность резонатора на 5 -моде.
1.3.4. Уравнения (1.31-1.34) решались численно, интегрирование уравнений движения (1.31-1.34) производилось методом Рунге-Кутта 4-го порядка. Интегралы по С, (1.31), (1.32) вычислялись методом Симпсона, а по 30 и »|/ - по формуле прямоугольников. Программа составлена на языке Фортран. Число интервалов по 30 выбиралось равным - 23-33, по \> - 4-8. Счет одного режима (т.е. одного набора Д,, Д,/7,) занимал несколько секунд. Уравнения (1.36-1.38) решались аналогично. Интегрирование уравнений для амплитуд (1.37) по времени производилось методом Эйлера. Время счета одного режима (Д1; Д2, /(, Рг) составляло также несколько секунд (один шаг по времени).
(1.40)
(1.41)