Новые возможности гирорезонансных приборов и СВЧ-компрессоров с электродинамическими системами в виде волноводов с винтовой гофрировкой поверхности

• Автор: Мишакин, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВОЛНОВОДОВ
С ВИНТОВОЙ ГОФРИРОВКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
1.1. Расчет дисперсии методами теории возмущений
1.2. Расчет дисперсии, основанный на решении эквивалентной двумерной задачи
1.2.1. Проекционный метод с базисом из мод круглого волновода.
1.2.2. Векторный метод конечных элементов
1.3. Расчет систем с неоднородными параметрами гофрировки
1.4. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ГИРОПРИБОРОВ С ВИНТОВЫМИ ВОЛНОВОДАМИ В БОЛЕЕ КОРОТКОВОЛНОВЫХ ДИАПАЗОНАХ
2.1. Упрощенная модель электронно-волнового взаимодействия
2.2. Сверхразмерные гиро-ЛОВ с неприосевыми электронными пучками
2.2.1. Гиро-ЛОВ на второй гармонике гирочастоты
2.2.2. Гиро-ЛОВ на основной гармонике гирочастоты
2.3. Гиро-ЛБВ па третьей гармонике гирочастоты
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СВЕРХРАЗМЕРНЫЕ
КОМПРЕССОРЫ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВИНТОВЫХ ВОЛНОВОДОВ
3.1. Оптимальные условия компрессии
частотно-модулированных импульсов
3.2. Экспериментальное исследование винтового компрессора на высоких
модах
3.2.1. Электродинамическая система компрессора

3.2.2. Измерение дисперсии винтовой структуры
3.2.3. Исследование компрессии импульсов
3.3. Теоретическое исследование сверхразмерного многосекционного компрессора
3.3.1. Недостаточная эффективность винтового компрессора с постоянными параметрами гофрировки
3.3.2. Секционирование волновода-компрессора
3.3.3. Пример трехмерного расчета
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПРЕССИИ МОЩНОГО ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННОГО СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1. Исследование релятивистской ЛОВ с перестройкой частоты
4.1.1. Эксперимент на ускорителе «СИНУС-6»
4.1.2 Эксперимент на ускорителе «КРОТ»
4.2. Исследование компрессии импульса ЛОВ
4.2.1. Эксперимент на ускорителе «СИНУС-6»
4.2.2. Эксперимент на ускорителе «КРОТ»
4.3. Выводы по главе
Заключение
Список публикаций автора по теме диссертации
Список цитированной литературы
Приложение 1. Дисперсионное уравнение нормальных волн
винтового волновода на основе разложения полей по пространственным
гармоникам

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
В последние десятилетия создание источников мощного когерентного микроволнового излучения с высокой непрерывной и импульсной мощностью является одной из актуальных задач радиофизики [1-8]. Несмотря на стремительное развитие твердотельных источников СВЧ излучения, существует широкий ряд фундаментальных (управляемый термоядерный синтез, спектроскопия высокого разрешения, ускорение частиц и др.) и прикладных (дальняя радиолокация, медицина, модификация свойств материалов) исследований в которых электровакуумные источники излучения занимают лидирующие позиции.
В миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн на сегодняшний день наиболее высокий уровень мощности излучения обеспечивается мазерами на циклотронном резонансе (МЦР), принцип работы которых основан на стимулированном излучении пучков заряженных частиц при винтовом движении во внешнем статическом магнитном поле [9-12]. Характерным отличием приборов МЦР типа от традиционных черенковских приборов является взаимодействие электронного пучка с быстрыми волнами электродинамической системы не прижатыми к ее поверхности, что позволяет использовать сверхразмерные системы и получать большие мощности на высоких частотах. Наибольшего развития среди МЦР получили гиротроны [5, 7, 13] (генераторы электромагнитных волн) и гироклистроны [14-16] (усилители волн), взаимодействие в которых происходит в резонансных электродинамических системах. Работа в условиях резонанса приводит к тому, что полоса мгновенного усиления излучения в гироклистронах и диапазон плавной перестройки частоты излучения в гиротронах оказываются относительно узкими, что бывает недостаточным для ряда приложений.
Для приложений, требующих более широкополосных источников излучения

групповой скорости (рис. 1.1 г) показывает, что метод разложения по пространственным гармоникам дает более близкий к ЗБ расчетам результат.
Второй структурой является винтовой волновод с 5-заходной гофрировкой и увеличенным поперечным сечением, который является ключевым элементом компрессора частотно-модулированных СВЧ импульсов до мультигигаваттных значений пиковой мощности [52]. Из-за требований, предъявляемых к электропрочности, данная система является более сверхразмерной, чем волновод
Ис1/2*
(а) (б)
Ь6!2п Частота (ГГц)
(в) (г)
Рис. 1.1. Расчет дисперсии волновода с 3-заходной винтовой гофрировкой для гиро-ЛБВ: а) поперечное сечение волновода; б) дисперсионная кривая рабочей моды; в) отличие собственных частот, найденных различными методами от расчетов собственных частот, выполненных с помощью МУ8; г) групповая скорость рабочей волны (сплошные линии в (б) и (г) соответствует расчету методом пространственных гармоник, пунктирная линия соответствуют расчету методом связанных волн, точки - расчет с помощью М¥8);