Исследование параметров излучения мощных гиротронов и разработка СВЧ-трактов для установок УТС

• Автор: Малыгин, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 99 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 ГЛАВА. Тепловизионный метод измерения параметров волновых пучков
гиротронов
1.1 Измерение распределения мощности СВЧ излучения гиротрона тепловизионным способом
1.2 Определение параметров волнового пучка гиротрона на основе тепловизионных измерений
1.3 Использование тепловизионного метода измерений для определения параметров волнового пучка промышленных и экспериментальных гиротронов
2 ГЛАВА. Измерение модового состава примесного СВЧ излучения аксиальносимметричного гиротрона, имеющего круглый волновод на выходе
2.1 Способ измерения модового состава примесного СВЧ излучения из круглого сверхразмерного волновода по распределению мощности в дальней зоне
2.2 Решение модельных задач для определения точности метода и области его применения
2.3 Определение модового состава СВЧ излучения экспериментального коаксиального гиротрона на большом уровне мощности
3 ГЛАВА. Комбинированные линии передачи для установок УТС
3.1 Двухзеркальная схема согласования волнового пучка гиротрона с линией передачи
3.2 Возбуждение гауссовым волновым пучком круглого
сверхразмерного идеально проводящего волновода
3.3 Возбуждение гауссовым волновым пучком круглого
сверхразмерного волновода с импедансной стенкой. Металлодиэлектрические и гофрированные волноводы
3.4 Расчёт и проверка комбинированной линии передачи для установок УТС

Заключение.
Литература.
Исследование параметров излучения мощных гиротронов и разработка СВ Ч-трактов для установок УТС.
Введение
За последние десятилетия отмечалось бурное развитие электроники больших мощностей (ЭБМ), связанное с расширением области применения мощного когерентного излучения миллиметрового диапазона длин волн.
Наиболее ярким примером использования приборов ЭБМ могут служить слаборелятивистские гиротроны [1, 2, 3, 4], которые работают в непрерывном или квазинепрерывном режимах в коротковолновой части сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. В своём диапазоне длин волн они являются наиболее мощными источниками излучения (с выходной мощностью порядка 1 МВт) и широко используются для электронноциклотронного нагрева плазмы в экспериментах, проводимых в рамках программ по управляемому термоядерному синтезу (УТС) [5, 6].
Транспортировку мощного СВЧ излучения с малыми потерями в волноводах лучше всего осуществлять волнами НЕП, ТЕ0ь ТЕП круглого сверхразмерного волновода [7, 8], а в открытых квазиоптических линиях — гауссовым волновым пучком [9]. Схема передающей линии зависит от типа волны излучаемой из гиротрона. Гиротроны, работающие на симметричных модах ТЕо„ и имеющие мощность около 200 кВт на частотах до 100 ГГц, использовались на токамаках DIII-D [10], JET [11], на стеллараторе WVII-AS [12] и ряде других установок. Для транспортировки СВЧ мощности на этих установках использовались закрытые волноводные линии. По принципу построения все эти линии похожи. Генерируемая из гиротрона волна ТЕ02 преобразовывалась в волну ТЕоь обладающую самыми малыми потерями в гладком круглом металлическом волноводе, и передавалась до установки, где преобразовывалась в волну ТЕц или НЕ1Ь каждая из которых обладает узкой диаграммой направленности, что необходимо для экспериментов с плазмой.
Современные мощные гиротроны (с выходной мощностью порядка 1МВт) работают на пространственно развитых модах TEmn (m,n»l) [13, 14,

2 2 г
Мощность моды ТМтр'- Ре =

Для моды ТЕтр:
е5=н;=-(-оя+,-я—

•0 Г1с>
с /А*
0 ТГ п /3*
Ej=4H $=-(-/)" В--Ф'—'е-Р+Р).

(2-2),

*F = (l + cos#-cosö )
*ч JAx-йьв)
эшб1

Jm g-sing) cos <9-cos#*
(2-3),
а В- амплитуда азимутальной составляющей плотности тока моды
TEmp ? k'COSßmp ~Итр э

= arcsin— - угол Бриллюэна, а

ц - “р” корень уравнения Ут(ц) = Ъ. Мощность моды ТЕтр'
?h_2па1 ХУ
С Bmn

И', гае
X №тр
Выразив величину тока мод А и В через мощность рс и р/! соответственно и подставив в выражения для полей (2.1) и (2.2), получим поле моды тм„р излучаемой из открытого конца круглого волновода в дальней зоне:

=НУ-V2P7 L-.sm6> JAx-smB)e _т(р+(р
I сутр cos6-cosempe R
(2.4),
а поле моды ТЕтр ’
, у 1кК
Е*а=н-(-0м~‘Р*~Г~7- " (,Нг-Ч'Л-е<тР+Р*р)
уВтр - т~ V сУ"’р р
уС" >" л1сХУр„,
Как можно заметить из формул (2.4) и (2.5), максимум мощности моды