Взаимодействие электронного потока с полем циркулярно поляризованных мод ТМ110 и Тм210 в резонаторах гирокона и магникона

• Автор: Ван Чжисюн
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
§1.1 Краткий обзор характеристик СВЧ источников
мощного излучения
§ 1.2 Мощные микроволновые устройства, использующие взаимодействие с вращающимися модами ТМц0 и ТМ2Ш
цилиндрических резонаторов
§1.3 Современное состояние проблемы
II. ЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГО
ПОТОКА С ПОЛЕМ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ МОДЫ ТМ, 10 В РЕЗОНАТОРАХ ГИРОКОНОВ И МАГНИКОНОВ
§2.1 Общие решения уравнения движения электронного потока в поле
вращающейся моды цилиндрического резонатора ТМцо
§2.2 Анализ процесса энергообмена в входном резонаторе с вращающейся
модой ТМ| ю
§2.3 Анализ процесса энергообмена в пассивном резонаторе з (
§2.4 Механизм возбуждения выходного резонатора
§2.5 Анализ процесса энергообмена в выходном
резонаторе гирокона
§2.6 Анализ процессов энергообмена в выходном
резонаторе машикона
III. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
§3.1 Схема численного моделирования
§3.2 Собственные поля цилиндрического резонатора
§3.3 Уравнение движения нитевидного электронного пучка
§3.4 Применимость метода упрощенного вычисления собственных полей
спиралевидного электронного пучка
§3.5 Спиральная модель электронного потока с нитевидными
элементарными пучками
§3.6 Модель пучка с парциальными пучками конечного сечения
§3.7 Расчет собственных полей пучка конечного сечения
§3.8 Анализ и сравнив погрешности расчета полей пространственного
заряда
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО РАСЧЕТА И ИХ АНАЛИЗ
§4.1 Тестирование программы расчёта
§4.2 Первый вариант расчёта—гирокон на основной волне
§4.3 Второй вариант расчёта—магникон на второй гармонике
§4.4 Третий вариант расчёта—магникон на основной волне
§4.5 Четвёртый вариант расчёта—гибридный
механизм взаимодействия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Одной из существенных черт развития современной науки и техники является прогресс вакуумной микроволновой электроники. Разработка новых принципов усиления и генерации дала возможность заметно продвинуться в область миллиметровых и субмиллиметровых длин волн вплоть до инфракрасного диапазона. Совершенствование и оптимизация механизмов взаимодействия в микроволновых устройствах О- и М- типов, улучшение технологии вакуумного производства позволило заметно улучшить эксплуатационные характеристики, повысить надежность и долговечность этих устройств.
Необходимо отметить, что на пути дальнейшего развития мощных микроволновых устройствах О- и М- типов встречаются серьезные принципиальные трудности, обусловленные нелинейными эффектами из-за роста продольного кулоновского поля в электронном пучке, возникающих в процессе группировки пучка в электронных сгустках. Поэтому для обеспечения необходимых выходных характеристик мощных устройств часто приходится снижать эффективность группировки пучка и , тем самым, снижать КПД устройства в целом. Влияние поля пространственного заряда приводит также к ухудшению фазовой фокусировки электронных сгустков и к возбуждению существенного разброса скоростей электронов в пучке, что ограничивает электронный КПД и заметно затрудняет рекуперацию энергии электронного пучка в коллекторе с депрессией потенциала.
Значительная часть возникающих проблем, связанных с формированием и стабильностью сгустков пространственного заряда, может быть преодолена при использовании принципиально иного механизма группировки электронного пучка - а именно, поперечной группировки пучка поперечной электрической (или магнитной)

подчеркнуть, что механизм мазера на циклотронном резонансе может реализовать, если продольная протяжность выходного резонатора будет велика, но это не будет относиться к гирокону и магникону.
§2.5 Анализ процесса энергообмена в выходном резонаторе гирокона
Анализ процесса энергообмена в системе развертки (т.е. в входном и пассивных резонаторах) выше справедлив и для гирокона и для магникона. Разница только в том, что в гироконе требуется небольшой угол а развертки пучка(обычно а<6°), а в магниконе требуется большой угол а развертки пучка(обычно а>30°).
Когда электронный пучок влетает в выходной резонатор гирокона, то он попадает в пучность электрического поля. Следовательно выражение (3) не будет пригодно для анализа процесса энергообмена в гироконе. Из выражения (2) можно найти ,что пучность электрического поля соответствует максимуму .)|(кг*)=0.57 при кг*=1.84 функции Бесселя Л Цкг), который можно найти из рис.9 а. Изменение продольного импульса электрона описывается в виде без учёта влияния пространственного заряда:
Из выражения (2) можно найти соотношение Е7/В,=юг и вставив его в уравнение (16), получим:
Рг =е[Е2 + УгВе -у0Вг)
(16)
Рг =Є[Вг(ШГ-уе) + угВе]
(17)
Заметим,что Во=0, юг*- скг* = 1.84с при кг*=1.84. Вследствие чего уравнение (17) упрощено: