Новые возможности гирорезонансных приборов и СВЧ-компрессоров с электродинамическими системами в виде волноводов с винтовой гофрировкой поверхности
Диссертация
Для приложений, требующих более широкополосных источников излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, в последние 15−20 лет идет активное теоретическое и экспериментальное исследование МЦР с нерезонансными электродинамическими системами — гиро-ЛОВ (генератор) и гиро-ЛБВ (усилитель). Среди основных направлений исследований электронных приборов данного типа можно выделить… Читать ещё >
Содержание
- 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 1
- 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 на третьей гармонике гирочастоты
- 2. 4. Выводы по главе 2
- 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 3
- 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-б»
- 4. 1. 2. Эксперимент на ускорителе «КРОТ»
- 4. 2. Исследование компрессии импульса ЛОВ
- 4. 2. 1. Эксперимент на ускорителе «СИНУС-б»
- 4. 2. 2. Эксперимент на ускорителе «КРОТ»
- 4. 3. Выводы по главе 4
- 4. 1. Исследование релятивистской ЛОВ с перестройкой частоты
Список литературы
- Релятивистская высокочастотная электроника: Сборник статей под редакцией А.В. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР, 1979.
- Applications of High Power Microwaves Gaponov-Grekhov A.V., Granatstein V.L. Norwood, MA: Artech House, 1994.
- High-power microwave sources and technologies. Barker R.J., Schamiloglu E. New York: IEEE Press, 2001.
- Вакуумная СВЧ электроника. Сборник обзоров под ред. М. И. Петелина. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2002.
- Modern Microwave and Millimeter-Wave Power Electronics Barker R.J., Luhmann N.C., Booske J.H., Nusinovich G.S. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2005.
- Benford J., Swegle J.A., Schamiloglu E. High power microwaves, second edition New York: Taylor & Francis, 2007.
- Nusinovich G.S. Introduction to the Physics of Gyrotrons. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2004.
- Капица П.JI. Электроника больших мощностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
- Twiss R.Q. Radiation transfer and the possibility of negative absorption in radio astronomy // Australian Journal of Physics. 1958. V. 11, № 4. P. 564−579.
- Schneider J. Stimulated emission of radiation by relativistic electrons in a magnetic field // Physical Review Letters. 1959. V. 2, № 12. P. 504−505.
- Гапонов А.В. Возбуждение линии передачи непрямолинейным электронным пучком // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1959. Т. 2, № 3. С. 443.
- Железняков В.В. О магнитотормозном излучении и неустойчивости системы заряженных частиц в плазме // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1959. Т. 2, № 1.С. 14−27.
- Гапонов А.В., Петелин М. И., Юлпатов В. К. Индуцированное излучение возбужденных классических осцилляторов и его использование ввысокочастотной электронике // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1967. Т. 10, № 9−10. С. 1414.
- Гапонов A.B., Гольденберг А. Л., Юлпатов В. К. Мазер на циклотронном резонансе с двумя резонаторами (МЦР-клистрон) // Тез. докл. на 5-й межвузовской конференции по электронике СВЧ. (Саратов). 1966. С. 20.
- Ngo М.Т., Danly B.G., Myers R., Pershing D.E., Gregers-Hansen V., Linde G. High-power millimeter-wave transmitter for the NRL WARLOC radar // Third IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2002. P. 363−364.
- Blank M., Danly В., Levush В., Latham P., Pershing D. Experimental demonstration of a W-band gyroklystron amplifier // Physical Review Letters. 1997. V. 79, № 22. P. 4485−4488.
- Pantell R.H. Backward-wave oscillations in an unloaded waveguide // Proc. IRE. 1959. V. 47. P. 1146.
- Denisov G.G., Cooke S.J. New microwave system for gyro-TWT // Digest 21st Int. Conf. Infrared and Millimeter Waves (Berlin, Germany, 1996, ed. by M. von Ortenberg and H.-U. Mueller). 1996. P. AT2.
- Cooke S.J., Denisov G.G. Linear theory of a wide-band gyro-TWT amplifier using spiral waveguide // IEEE Transactions on Plasma Science. 1998. V. 26, № 3.P. 519−530.
- Братман B.JI., Денисов Г. Г., Самсонов C.B., Кросс А. У., Фелпс А.Д.Р., Хе В. Высокоэффективные широкополосные гиро-ЛБВ и гиро-ЛОВ со спирально-гофрированными волноводами // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2007. Т. 50, № 2. С. 104.
- Gold S.H., Nusinovich G.S. Review of high-power microwave source research // Review of Scientific instruments. 1997. V. 68, № 11. P. 3945−3974.
- Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1961.
- Ковалев Н.Ф., Орлова И. М., Петелин М. И. Трансформация волн в многомодовом волноводе с гофрированными стенками // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1968. Т. 11, № 5. С. 783−786.
- Денисов Г. Г., Резников М. Г. Гофрированные резонаторы для коротковолновых релятивистских СВЧ генераторов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1982. Т. 25, № 5. С. 562.
- Ковалев Н.Ф. Электродинамическая система ультрарелятивистской ЛОВ // Электронная техника. Серия 1, электроника СВЧ. 1978, № 3. С. 102−106.
- Ковалев Н.Ф. Исследования высокочастотных генераторов обратной волны, основанных на индуцированном черенковском излучении сильноточных релятивистских электронных потоков : дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.04 / Горький: ИПФ АН СССР, 1983. 173 с.
- CST Microwave Studio. Wellesley Hills. MA: Computer Simulation Technology, www.cst.com.
- HFSS. 3D Full-wave Electromagnetic Field Simulation. Pittsburgh. PA: Ansoft Corp. www.ansoft.com.
- Tarakanov V.P. User’s Manual for Code KARAT. Springfield, VA: BRA, 1992.
- Nicolet A., Zolla F., Guenneau S. Modelling of twisted optical waveguides with edge elements // The European Physical Journal Applied Physics. 2004. V. 28, № 2. P. 153−157.
- Nicolet A., Zolla F. Finite element analysis of helicoidal waveguides // Science, Measurement & Technology, IET. 2007. V. 1, № 1. P. 67−70.
- Nicolet A., Zolla F., Agha Y.O., Guenneau S. Leaky modes in twisted microstructured optical fibers // Waves in Random and Complex Media. 2007. V. 17, № 4. P. 559−570.
- Wilson J.L., Wang C., Fathy A.E., Kang Y.W. Analysis of rapidly twisted hollow waveguides // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2009. V. 57, № l.P. 130−139.
- Свешников А.Г. К обоснованию метода расчета распространения электромагнитных колебаний в нерегулярных волноводах // Журналвычислительной математики и математической физики. 1963. Т. 3, № 2. С. 314−326.
- Jin J.-M. The finite element method in electromagnetics, second edition. New York: Wiley, 2002.
- Быков A.A., Ильинский A.C. Решение краевых задач для линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений методом направленной ортогонализации // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1979. Т. 19, № 3. С. 631−639.
- Гольденберг А.Л., Петелин М. И. Формирование винтовых электронных пучков в адиабатической пушке // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1973. Т. 16, № 1. С. 141−149.
- Nguyen K.T., Calame J.P., Pershing D.E., Danly B.G., Garven M., Levush В., Antonsen Jr T.M. Design of a Ka-band gyro-TWT for radar applications // IEEE Transactions on Electron Devices. 2001. V. 48, № 1. P. 108−115.
- Yan R., Luo Y., Liu G., Pu Y. Design and Experiment of a Q-band Gyro-TWT Loaded With Lossy Dielectric // IEEE Transactions on Electron Devices. 2012. V. 59, № 12. P. 3612−3617.
- Виноградова М.Б., Руденко O.B., Сухоруков А. П. Теория волн. М.: Наука, 1990.
- Denisov G.G., Bratman V.L., Kolganov N.G., Samsonov S.V. Compression of frequency-modulated pulses from a relativistic В WO up to multigigawatt powers // Proceedings of the 8th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC'07). 2007. P. 227.
- Fuks M.I., Kovalev N.F. Selective multichannel feedback // IEEE Transactions on Plasma Science. 2002. V. 30, № 3. P. 1147−1150.
- Абубакиров Э.Б., Ковалев Н. Ф., Колганов Н. Г., Фукс М. И. Особенности работы релятивистских оротронов на модах шепчущей галереи // Тез. докл. 7-го Всесоюзн. симп. по сильноточной электронике (Томск). 1988. Т. 1. С. 185−187.
- Wilson J., Kang Y., Fathy A. Twisted structures and their application as accelerating structures // Proceedings of the 2008 Linear Accelerator Conference. 2008.
- Гольденберг А.Л., Нусинович Г. С., Павельев А. Б. Дифракционная добротность резонатора с винтовым гофром // Гиротроны Горький: ИПФ РАН, 1980. С. 91.
- Bratman V.L., Denisov G.G., Kol’chugin B.D., Korovin S.D., Polevin G.D., Rostov V.V. Powerful millimeter-wave generators based on the stimulated
- Cerenkov radiation of relativistic electron beams // International journal of infrared and millimeter waves. 1984. V. 5, № 9. P. 1311−1332.
- Wilson J.L., Fathy A.E., Kang Y.W., Wang C. Applications of twisted hollow waveguides as accelerating structures // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2009. V. 56, № 3. P. 1479−1486.
- Denisov G.G., Bratman V.L., Phelps A.D.R., Samsonov S.V. Gyro-TWT with a Helical Operating Waveguide: New Possibilities to Enhance Efficiency and Frequency Bandwidth // IEEE Transactions on Plasma Science. 1998. V. 26, № 3.P. 508.
- Denisov G.G., Bratman V.L., Cross A.W., He W., Phelps A.D.R., Ronald K., Samsonov S.V., Whyte C.G. Gyrotron traveling wave amplifier with a helical interaction waveguide // Physical Review Letters. 1998. V. 81, № 25. P. 5680.
- He W., Cross A., Phelps A., Ronald K., Whyte C., Samsonov S., Bratman V., Denisov G. Theory and simulations of a gyrotron backward wave oscillator using a helical interaction waveguide // Applied Physics Letters. 2006. V. 89, № 9. P. 91 504.
- Силин P.А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. M.: Сов. радио, 1966.
- Lewin L., Ruehle Т. Propagation in twisted square waveguide // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1980. V. 28, № 1. P. 44−48.
- Yabe H., Nishio K., Mushiake Y. Dispersion characteristics of twisted rectangular waveguides // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1984. V. 32, № 1. P. 91−96.
- Свешников А.Г. Возбуждение нерегулярных волноводов // Научные доклады высшей школы. Физико-математические науки. 1959, № 2. С. 162 164.
- Persson P.-O., Strang G. A simple mesh generator in MATLAB // SLAM review. 2004. V. 46, № 2. P. 329−345.
- Lehoucq R.B., Sorensen D.C., Yang C. ARPACK users' guide: solution of large-scale eigenvalue problems with implicitly restarted Arnoldi methods.: SIAM, 1998.
- Бахвалов H.C., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. Физматлит, М. СПб: Физматлит, 2000.
- Hirshfield J.L., Granatstein V.L. The electron cyclotron maser~An historical survey // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1977. V. 25, № 6. P. 522−527.
- Wang H., Li H., Luo Y., Yan R. Theoretical and experimental investigation of a Ka-band Gyro-TWT with lossy interaction structure // Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. 2011. V. 32, № 2. P. 172−185.
- Liu В., Feng J., Wang E., Li Z., Zeng X., Qian L., Wang H. Design and experimental study of a Ka-band Gyro-TWT with periodic dielectric loaded circuits // IEEE Transactions on Plasma Science. 2011. V. 39, № 8. P. 1665−1672.
- Sirigiri J., Shapiro M., Temkin R. Experimental results from the MIT 140 GHz quasioptical Gyro-TWT // Twenty Seventh International Conference on Infrared and Millimeter Waves. Conference Digest. 2002. P. 235−236.
- Chong C., McDermott D., Luhmann N. Slotted third-harmonic gyro-TWT amplifier experiment // IEEE Transactions on Plasma Science. 1996. V. 24, № 3. P. 727−734.
- Leou K., McDermott D., Balkcum A., Luhmann Jr N. Stable high-power TE0i gyro-TWT amplifiers // IEEE Transactions on Plasma Science. 1994. V. 22, № 5. P. 585−592.
- Symons R.S., Jory H., Hegji S., Ferguson P. An experimental gyro-TWT // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1981. V. 29, № 3. P. 181 184.
- Blank M., Borchard P., Cauffman S., Felch K. Design and demonstration of W-band gyrotron amplifiers for radar applications // Joint 32st International
- Conference on Infrared Millimeter Waves and 15th International Conference on Teraherz Electronics. 2007. P. 364−366.
- Denisov G.G., Bykov Y.V., Eremeev A.G., Glyavin M.Y., Luchinin A.G., Morozkin M.M., Samsonov S.V. Prospective gyro-devices for technological applications // IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2009. P. 513−514.
- Goplen В., Ludeking L., Smith D., Warren G. User-configurable MAGIC for electromagnetic PIC calculations // Computer Physics Communications. 1995. V. 87, № l.P. 54−86.
- Вайнштейн Л.А., Солнцев B.A. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Советское радио, 1973.
- Братман В.Л., Моисеев М. А., Петелин М. И., Эрм Р.Э. К теории гиротронов с нефиксированной структурой высокочастотного поля // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1973. Т. 16, № 4. С. 622−630.
- Donaldson C.R., Не W., Phelps A.R., Li F., Zhang L., Cross A.W., Ronald K., Robertson C.W., Whyte C.G., Young A.R. Experimental demonstration of a W-band gyro-BWO using a helically corrugated waveguide.: IEEE, 2010. 1−3.
- McDermott D.B., Luhmann N.C., Kupiszewski A., Jory H.R. Small-signal theory of a large-orbit electron-cyclotron harmonic maser // Physics of Fluids. 1983. V. 26, № 7. P. 1936−1941.
- Черепенин B.A. Нетепловое воздействие электромагнитного излучения на естественные и искусственные среды // В сб. «Вакуумная СВЧ электроника» под ред. М. И. Петелина Н. Новгород: ИПФ РАН, 2002. С. 45.
- Бугаев С.П., Канавец В. И., Кошелев В. И., Черепенин В. А. Релятивистские многоволновые СВЧ-генераторы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.
- Phelps A.D.R., Samsonov S.V., Burt G.C., Denisov G.G., Cross A.W., Bratman V.L., He W., Ronald K., Yin H. Compression of frequency modulated microwave pulses in wave-guides // 4th IEEE International Conference on Vacuum Electronics. 2003. P. 54−55.
- Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. Радио, 1974.
- Ахманов С.А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988.
- Пономарев А.В., Стрелков П. С., Шкварунец А. Г. Перестраиваемый плазменный релятивистский СВЧ-усилитель // Физика плазмы. 2000. Т. 26, № 7. С. 663.
- Пономарев А.В., Стрелков П. С. 50-мегаваттный широкополосный плазменный СВЧ-усилитель // Физика плазмы. 2004. Т. 30, № 1. С. 66.
- Kuzelev M.V., Loza О.Т., Rukhadze А.А., Strelkov P. S., Shkvarunets A.G. Plasma relativistic microwave electronics // Plasma Physics Reports. 2001. V. 27, № 8. P. 669−691.
- Ковалев Н.Ф., Петелин М. И., Райзер М. Д., Сморгонский А. В., Цопп А. Э. Генерация мощных импульсов электромагнитного излучения потоком релятивистских электронов // Письма в ЖЭТФ. 1973. Т. 18, № 4. С. 232.
- Зайцев Н.И., Ковалев Н. Ф., Кольчугин Б. Д., Фукс М. И. Экспериментальное исследование релятивистского карсинотрона // ЖТФ. 1982. Т. 52, № 8. С. 1611.
- Carmel Y., Ivers J., Kribel R.E., Nation J. Intense Coherent Cherenkov Radiation Due to the Interaction of a Relativistic Electron Beam with a Slow-Wave Structure // Phys. Rev. Lett. 1974. V. 33. P. 1278.
- Gunin A.V., Klimov A.I., Korovin S.D., Pegel I.V., Polevin S.D., Roitman A.M., Rostov V.V., Stepchenko A.S. Relativistic X-band BWO with 3-GW output power // IEEE Transactions on Plasma Science. 1998. V. 26, № 3. P. 326.
- Кицанов СЛ., Климов А. И., Коровин С. Д., Куркан И. К., Пегель И. В., Пол евин С. Д. Резонансная релятивистская ЛОВ дециметрового диапазона с импульсной мощностью 5 GW // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, № 6. С. 87−94.
- Коровин С.Д., Месяц Г. А., Ростов В. В., Ульмаскулов М. Р., Шарыпов К. А., Шпак В. Г., Шунайлов С. А., Яландин М. И. Субнаносекундный источник импульсов излучения в диапазоне 38 GHz с импульсной мощностью 1 GW // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30, № 3. С. 68−74.
- Qiao-Sheng M., Zheng-Hong L., Chao-Zheng L., Yang W., Bing-Quan J., Ai-Min Y., Chang S., Xiao J. Efficient Operation of an Oversized Backward-Wave Oscillator // IEEE Transactions on Plasma Science. 2011. V. 39, № 5. P. 12 011 203.
- Коровин С.Д., Куркан И. К., Ростов B.B., Тотьменинов Е. М. Релятивистская ЛОВ с сосредоточенным резонансным рефлектором // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1999. Т. 42, № 12.
- Коровин С.Д., Ростов В. В., Тотьменинов Е. М. Релятивистская лампа обратной волны с модулирующим резонансным рефлектором // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31, № 10. С. 17−23.
- Климов А.И., Куркан И. К., Полевин С. Д., Ростов В. В., Тотьменинов Е. М. Импульсно-периодическая релятивистская лампа обратной волны с расширенной механической перестройкой частоты генерации // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, № 24.
- Климов А.И., Куркан И. К., Полевин С. Д., Ростов В. В., Тотьменинов Е. М. Мультигигаваттная релятивистская лампа обратной волны сантиметрового диапазона с модулирующим резонансным рефлектором // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, № 6.
- Ростов В.В., Тотьменинов Е. М., Яландин М. И. Мощные релятивистские СВЧ-генераторы на основе лампы обратной волны с модулирующим резонансным рефлектором // ЖТФ. 2008. Т. 78, № 11.
- Федосов А.И., Литвинов Е. А., Беломытцев С. Я., Бугаев С. П. К расчету характеристик электронного пучка, формируемого в диодах с магнитной изоляцией // Известия Вузов СССР. Физика. 1977, № 10. С. 134.
- Новожилова Ю.В., Рыскин Н. М., Усачева С. А. Нестационарные процессы в генераторе с запаздывающим отражением от нагрузки // ЖТФ. 2011. Т. 81, № 9.
- Kovalev N.F., Fuks M.I., Schamiloglu Е. Stability of Generation of a Relativistic BWO With Reflections in the Output Waveguide // AIP Conference Proceedings. 2002. V. 650. P. 271.
- Денисов Г. Г., Калынова Г. И., Соболев Д. И. Метод синтеза волноводных преобразователей // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2004. Т. 47, № 8. С. 688 693.