Бакалавр
Дипломные и курсовые на заказ

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

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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

Новые возможности гирорезонансных приборов и СВЧ-компрессоров с электродинамическими системами в виде волноводов с винтовой гофрировкой поверхности (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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 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) [17] и гиро-ЛБВ (усилитель) [11]. Среди основных направлений исследований электронных приборов данного типа можно выделить повышение мощности и рабочей частоты, расширение диапазона плавной перестройки частоты (для гиро-ЛОВ) и мгновенной полосы усиления (для гиро-ЛБВ), повышение эффективности электронно-волнового взаимодействия, снижение величины рабочего магнитного поля. Сравнительно недавно в ИПФ РАН была предложена и реализована идея использования волноводов с винтовой гофрировкой в качестве электродинамических систем для широкополосных гиро-ЛОВ и гиро-ЛБВ [18−22]. Использование нормальной волны винтового волновода в качестве рабочей позволяет совместить широкополосность традиционных гиро-ЛОВ и гиро-ЛБВ со слабой чувствительностью к разбросу скоростей в электронном пучке, характерной для гиротронов. На данный момент создано несколько приборов данного типа [23, 10*, 23*, 24*], работающих в 3-см и 8-мм диапазонах длин волн.

Другими востребованными для приложений источниками когерентного СВЧ-излучения, являются короткоимпульсные источники сверхмощного (гигаваттного уровня) излучения сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазонов длин волн [2, 3, 6]. Наиболее надежными и хорошо исследованными приборами, способными обеспечить такой уровень мощности, являются черенковские релятивистские генераторы (РЛОВ) и усилители (РЛБВ) со взрывоэмиссиоными катодами [24]. Микроволновые источники на их основе работают при напряжениях от нескольких сотен киловольт до единиц мегавольт и обеспечивают выходные мощности 109−1010 Вт при длительности импульсов от единиц до десятков наносекунд. Помимо требований к параметрам излучения, для ряда исследовательских и прикладных задач, со стороны пользователей к таким установкам предъявляются также требования к их массогабаритным характеристикам с целью обеспечения их мобильности и доступности для исследований. С этой точки зрения путь повышения выходной мощности излучения за счет увеличения тока и ускоряющего напряжения становится все менее популярным, и все большее количество исследований направлено на развитие методов повышения мощности, не связанных с наращиванием энергетики электронного пучка [25, 26]. Несколько лет назад, в ИПФ РАН была предложена концепция пассивной компрессии мощного частотно-модулированного излучения умеренно релятивистского генератора в волноводах с винтовой гофрировкой поверхности [27, 28]. Теоретические и экспериментальные исследования показали работоспособность данной концепции для получения мультигигаваттных пиковых мощностей в рассматриваемом частотном диапазоне.

Цели диссертационной работы.

1. Развитие методов анализа свойств собственных волн волноводов с винтовой гофрировкой поверхности.

2. Теоретическое исследование возможности создания эффективных широкополосных МЦР усилителей и генераторов с винтовыми волноводами в более коротковолновых частотных диапазонах.

3. Экспериментальное и теоретическое исследование, направленное на создание высокоэффективных сверхразмерных СВЧ-комрессоров на основе волноводов с винтовой гофрировкой поверхности.

Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

1. Впервые для расчета дисперсии и распределения полей нормальных волн строгопериодических винтовых волноводов, используемых в качестве электродинамических систем гироприборов и СВЧ-компрессоров, использован метод замены координат, сводящий изначально трехмерную задачу к эквивалентной двумерной. В рамках расчета винтовых волноводов методом конечных элементов впервые произведен учет конечной проводимости стенок волновода на основе граничных условий импедансного типа.

2. Для расчета характеристик винтовых волноводов для гироприборов и СВЧ-компрессоров с неоднородными параметрами гофрировки разработана устойчивая численная схема на основе метода связанных волн.

3. Предложена конфигурация гиро-ЛОВ с винтовым волноводом, для формирования электронного пучка в которой могут быть использованы традиционные пушки магнетронно-инжекторного типа.

4. Предложена конфигурация винтовой гиро-ЛБВ миллиметрового диапа-зона длин волн на третьей гармонике гирочастоты.

5. Впервые в рамках экспериментального исследования компрессии частотно-модулированного излучения (на низком уровне мощности) в сверхразмерном волноводе с винтовой гофрировкой получено 23-кратное увеличение пиковой мощности излучения.

6. Предложен, разработан и теоретически исследован метод синтеза дисперсионной характеристики винтового волновода-компрессора под заданный закон частотной модуляции входного импульса, основанный на разбиении компрессора на несколько секций с отличающимися параметрами. Высокая эффективность метода синтеза дисперсии продемонстрирована на нескольких примерах, имеющих практическую значимость.

В 3-см диапазоне длин волн в системе релятивистская ЛОВ-винтовой волновод-компрессор впервые получена 4.5-кратная компрессия излучения с мультигигаваттной (3.2 ГВт) пиковой мощностью.

Практическая значимость.

Результаты диссертационной работы активно используются в ИПФ РАН при разработке гироприборов и СВЧ-компрессоров с винтовыми волноводами. На основе результатов, изложенных в диссертации в Стратклайдском университете (Великобритания) разработан сверхразмерных волновод-компрессор 3-см диапазона длин волн. Также результаты диссертации могут быть использованы при разработке ускорительных структур и селективных волноводных элементов с винтовыми волноводами.

Результаты диссертации могут быть использованы в ИПФ РАН, МРТИ РАН, ИРЭ РАН, ННГУ, ОИЯИ, ИОФ РАН, ФИ РАН, ИЯФ СО РАН, ИСЭ СО РАН, ННИИРТ, ЗАО НЛП «Гиком» и др.

Апробация результатов диссертационной работы.

В общей сложности по теме диссертации опубликовано 10 статей в ведущих российских и зарубежных научных журналах, входящих в список ВАК, а также 15 докладов в трудах и сборниках отечественных и международных конференций.

Результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН), на конкурсах работ молодых учёных ИПФ РАН (2008, 2009, 2011 гг.), а также на международных и российских конференциях: 6th International Workshop «Strong Microwaves in Plasmas» (Нижний Новгород, Россия, 25 июля — 1 августа 2005 г.), The Joint 32nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 15th International Conference on Terahertz Electronics (Кардифф, Великобритания, 2−7 сентября 2007 г.), 33rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (Пасадена, Калифорния, CILLA, 15−19 сентября, 2008 г.), 36th International Conference on Plasma Science and 23rd Symposium on Fusion Engineering (Сан-Диего, США, 31 мая — 5 июня 2009 г.), The 34th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (Бусан, Корея, 21−25 сентября 2009 г.), 35th International Conference on Infrared, Millimeter and THz Waves (Рим, Италия, 5−10 сентября 2010 г.), 8th International Workshop «Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications» (Нижний Новгород, Россия, 9−16 июля 20 011 г.), 37th International Conference on Infrared, Millimeter and THz Waves (Вуллонгонг, Австралия, 23−28 сентября 2012 г.), 39th IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS) (Эдинбург, Шотландия, 8−12 июля 2012 г.), XII Всероссийская школа-семинар

Физика и применение микроволн" («Волны-2009») (Звенигород, Московская область, Россия, 25−30 мая 2009 г.), XIII Нижегородская сессия молодых учёных (естественнонаучные дисциплины) (Татинец, Нижегородская область, Россия, 2025 апреля 2008 г.), XIV Нижегородская сессия молодых учёных (естественнонаучные дисциплины) (Дзержинец, Нижегородская область, Россия, 19−23 апреля 2009 г.), XV Нижегородская сессия молодых учёных (естественнонаучные дисциплины) (Красный Плёс, Нижегородская область, Россия, 19−24 апреля 2010 г.), VIII Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн (Нижний Новгород, Россия, 1 -4 марта 2011 г.), IX Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн (Нижний Новгород, Россия, 26 февраля-1 марта 2013 г.).

Личное участие автора в получении опубликованных результатов.

Основу диссертации составили работы [1*-25*]. Все приведенные в диссертации теоретические исследования, численные расчеты и экспериментальные работы проведены либо автором лично, либо при его непосредственном участии. Большая часть численных расчетов, на основе которых изготавливались конкретные устройства, были выполнены автором лично.

В работах [8*, 9*, 21*, 22*], посвященных развитию методов расчета характеристик волноводов с винтовой гофрировкой поверхности вклад автора является определяющим.

Теоретические исследования, направленные на создание широкополосных гиро-JIOB и гиро-ЛБВ в более коротковолновых диапазонах частот, результаты которых частично изложены в работах [10*, 23*-25*], проводились автором при консультативной поддержке со стороны научного руководителя.

Экспериментальное исследование компрессии на низком уровне мощности [7*, 18*-20*] осуществлялось в рамках сотрудничества со Стратклайдским университетом (Великобритания). Разработка электродинамической системы компрессора, включая систему волноводных преобразователей, осуществлялась автором под контролем научного руководителя. Экспериментальные исследования и обработка их результатов осуществлялись при непосредственном участии автора.

Идея секционирования винтовых волноводов для обеспечения более универсального согласования источника частотно-модулированного излучения и дисперсионной характеристики СВЧ компрессора была высказана научным руководителем автора. Конкретный вид такого секционирования и метод синтеза характеристик секций был предложен и исследован автором в совместных работах [6*, 17*].

В рамках экспериментального исследования компрессии мощного СВЧ излучения релятивисткой ЛОВ [1*-5*, 11*-16*] автор принимал непосредственное участие в разработке и измерениях дисперсионных свойств электродинамических систем компрессоров, проводил трехмерные расчеты электронно-волнового взаимодействия в РЛОВ, осуществлял обработку экспериментальных данных и участвовал в их интерпретации.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Объем диссертации составляет 183 страницы, включая 1 приложение, 71 рисунок, 2 таблицы и список литературы из 114 наименований.

Основные результаты.

1. Для расчета характеристик электродинамических систем винтовых гиро-приборов и волноводов-компрессоров выбраны адекватные методы анализа и разработаны соответствующие численные алгоритмы и программы. Применение методов анализа на основе преобразования координат для расчета дисперсионных характеристик винтовых волноводов позволило обеспечить точность вычислений сравнимую с точностью универсальных трехмерных кодов при сокращении времени расчета в десятки раз.

2. Теоретически показана возможность создания винтовых гиро-ЛОВ с не-приосевыми электронными пучками на первой и второй гармониках гирочастоты. Расчет с помощью универсального трехмерного кода показал, что при использовании электронного пучка с током 2 А и энергией 30 кэВ выходная мощность разработанных гиро-ЛОВ составляет 2.3 и 2.8 кВт на частоте 95 ГГц при плавной перестройке частоты в диапазоне 4% и 7% для гиро-ЛОВ на второй и первой гармониках гирочастоты соответственно.

3. Разработан проект широкополосной гиро-ЛБВ на третьей гармонике гирочастоты 6-мм диапазона длин волн. Трехмерный расчет с помощью универсального кода показывает, что разработанная гиро-ЛБВ с током и энергией пучка 10 А и 70 кВ соответственно, обеспечивает мгновенную полосу усиления 8% в окрестности 45 ГГц, при максимальной выходной мощности 80кВт и усилении 22дБ.

4. В экспериментальном исследовании электропрочного сверхразмерного волновода-компрессора, при использовании маломощного генератора сигналов произвольной формы в качестве источника частотно-модулированного излучения, было получено 23-кратное увеличение пиковой мощности при соответствующем сжатии сигнала по времени.

5. Предложен и развит метод секционирования винтового волноводакомпрессора, позволяющий повысить эффективность компрессии частотно-модулированных импульсов в условиях жестко заданного закона частотной модуляции. Высокая эффективность развитого метода продемонстрирована на нескольких примерах расчетов компрессии импульсов как с растущей, так и спадающей во времени частотой модуляции, представляющих интерес с точки зрения приложений.

6. В экспериментальных исследованиях получена 4.5-кратная компрессия частотно-модулированного излучения релятивистской ЛОВ 3-см диапазона длин волн в сверхразмерном электропрочном винтовом волноводе-компрессоре, сопровождающаяся повышением пиковой мощности излучения с 0.7 до 3.2 ГВт.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанные методы расчета свойств нормальных волн винтовых волноводов являются более эффективными по сравнению с универсальными трехмерными алгоритмами.

2. Возможно создание сверхразмерных гиро-ЛОВ с плавной перестройкой частоты до 5−7% в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн.

3. Возможно создание широкополосного гиро-усилителя с винтовым волноводом, работающего на третьей гармонике гирочастоты.

4. Секционирование волновода-компрессора существенно расширяет возможности подстройки его дисперсионной характеристики под заданный закон частотной модуляции входного импульса.

5. Комбинация умеренно-релятивистской ЛОВ и винтового волновода-компрессора позволяет получать импульсы с мультигигаваттной пиковой мощностью в 3-см диапазоне длин волн.

Список публикаций автора по теме диссертации.

1*]. Гаштури А. П., Денисов Г. Г., Мишакин С. В., Самсонов С. В. Расчет и оптимизация трехмерных волноводных систем методом интегрального уравнения // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2008. Т.51, № 9. С. 742−753.

2*]. Gashturi А.Р., Denisov G.G., Mishakin S.V., Samsonov S.V. Calculation and optimization of 3D waveguiding systems with help of integral equation method // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 2009. V. 30, No. 4, P. 319 327.

3*]. Бечаснов A.M., Братман В.JI., Колганов Н. Г., Мишакин С. В., Самсонов С. В. Релятивистская ЛОВ с перестройкой частоты напряжением // Письма в ЖТФ. 2010. T.36,B.3.C. 96−103.

4*]. Bratman V. L., Denisov G. G., Kolganov N. G., Mishakin S. V., Samsonov S. V., Cross A. W., He W., Zhang L., McStravick M., Whyte C. G., Young A. R., Ronald K., Robertson C. W., Phelps A. D. R. Generation of 3 GW micro-wave pulses in X-band from a combination of a relativistic backward-wave oscillator and a helical-waveguide compressor// Physics of Plasmas. 2010. V. 17. p. 110 703.

5*]. Братман В. Л., Денисов Г. Г., Колганов Н. Г., Мишакин С. В., Самсонов С. В., Соболев Д. И. Микроволновый источник мультигигаваттной пико-вой мощности на основе комбинации релятивистской ЛОВ и компрессора // ЖТФ. 2011. Т. 81, В. 2. С. 113−117.

6*]. Мишакин С. В., Самсонов С. В. «Оптимизация компрессии частотно-модулированных импульсов в секционированном волноводе с винто-вой гофрировкой поверхности» // ЖТФ. 2009. Т.79, В.11, С. 93−101.

7*]. McStravick М., Samsonov S. V., Ronald К., Mishakin S. V., Не W., Denisov G. G., Whyte C. G., Bratman V. L., Cross A. W., Young A. R., Maclnnes P., Robertson C. W., Phelps A. D. R. Experimental results on microwave pulse compression using helically corrugated waveguide // Journal of Applied Physics. 2010. V. 108, No. 5. p. 54 908.

8*]. Мишакин C.B., Самсонов С. В. Метод расчета собственных мод винтового волновода, основанный на решении эквивалентной двумерной задачи путем разложения полей по модам круглого волновода // Известия ВУЗов.

Радиофизика. 2011. Т.54, № 3. С. 195−206.

9*]. Mishakin S.V., Samsonov S.V. Analysis of Dispersion and Losses in Helically Corrugated Metallic Waveguides by 2-D Vector Finite-Element Method // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2011. V. 59, No. 9, P. 2189 -2196.

10*]. Samsonov S.V., Denisov G.G., Gachev I.G., Eremeev A.G., Fiks A.S., Kholoptsev V.V., Kalynova G.I., Manuilov V.N., Mishakin S.V., Sokolov E.V. CW Ka-Band Kilowatt-Level Helical-Waveguide Gyro-TWT // IEEE Transactions on Electron Devices. 2012. V. 59, No. 8. P. 2250 — 2255.

11*]. Samsonov S.V., Bratman V.L., Denisov G.G., Kulygin M.L., Mishakin S.V., Cross A.W., Maclnnes P., He W., Phelps A.D.R., Burt G., Ronald K., Konoplev I.V., Young A.R., Whyte C.G. Helically corrugated waveguides for compression of pulses from a relativistic В WO // Proceedings of the 6th Int. Workshop Strong Microwaves in Plasmas, Nizhny Novgorod, Russia, 2005, Ed. by A.G. Litvak, 2006, P.191−196.

12*]. Denisov G.G., Gashturi A.P., Mishakin S.V., Samsonov S.V. Calculation of 3-D Waveguide Structures with EFIE // The Joint 32nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 15th International Conference on Terahertz Electronics, Cardiff, UK, September 2−7, 2007, Conf. Digest Ed. by M.J. Griffin, P.C. Hargrave, T.J. Parker, K.P. Wood, P.779−780.

13*]. McStravick M., Samsonov S.V., Cross A.W., Denisov G.G., He W., Ma-clnnes P., Phelps A.D.R., Bratman V.L., Ronald K.R., Konoplev I.V., Misha-kin S.V., Whyte C.G., Young A.R., Burt G. Helically Corrugated Waveguides for Compression of Microwave Pulses // 33rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Pasadena, California, USA, September 15−19, 2008, Conf. Digest P. 1542−1543.

14*]. Bratman V.L., Samsonov S.V., Mishakin S.V., Denisov G.G., Kolganov N.G., McStravick M., Cross A.W., He W., Robertson C.W., Whyte C.G., Young A.R., Ronald K., Phelps A.D.R., Maclnnes P. Compression of pulses from a relativistic В WO using helically corrugated waveguides // 36th Int. Conf. on Plasma Science and 23rd Symposium on Fusion Engineering, May 31 — June 5, 2009, San Diego, USA, Book of Abstracts.

15*]. Братман В. Л., Колганов Н. Г., Самсонов С. В., Мишакин С. В. Компрессия СВЧ-импульсов 3-см диапазона длин волн до мультигигаваттных уровней мощности в волноводах с винтовой гофрировкой // Тезисы 15-й Нижегородской сессии молодых ученых (естественнонаучные дисциплины), Нижний Новгород, 19−22 апреля, 2010, С. 82−83.

16*]. Samsonov S.V., Bratman V.L., Denisov G.G., Kolganov N.G., Mishakin S.V. Compression of FM pulses from an X-band relativistic В WO up to power of 3 GW // Proceedings of the 8th International Workshop «Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications», July 9 — 16, 2011, Nizhny Novgorod, P. 125−126.

17*]. Самсонов C.B., Мишакин С. В. Компрессия частотно-модулированных импульсов в секционированном волноводе с винтовой гофрировкой поверхности // Тезисы XII Всероссийской школы-семинара «Физика и применение микроволн», Московская область, пансионат «Университетский», 25−30 мая, 2009, раздел 6, С. 83.

18*]. McStravick М., Samsonov S.V., Ronald К., Mishakin S.V., Не W., De-nisov G.G., Whyte C.G., Bratman V.L., Cross A.W., Kolganov N.G., Young A.R., Phelps A.D.R., Robertson C.W., P. Maclnnes 5-fold helically corrugated waveguide dispersion measurements // The 35th International Conference on Infrared, Millimeter and THz Waves (IRMMW-THz 2010) Rome, Italy, September 5−10, 2010, p.Th.P.31.

19*]. Zhang L., Cross A.W., He W., Robertson C.W., Young A.R., Whyte C.G., Ronald K., Phelps A.D.R., Samsonov S.V., Mishakin S.V., Denisov G.G., Bratman V.L., Kolganov N.G. X-band pulse compression using a five-fold helically corrugated waveguide // The 39th IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS), July 8−12, 2012, Edinburgh, Scotland, Conf. Proc. p. 2P-61.

20*]. Zhang L., Cross A.W., He W., Whyte C.G., McStravick M., Young A.R., Ronald K., Robertson C.W., Phelps A.D.R., Samsonov S.V., Mishakin S.V., Denisov G.G., Bratman V.L., Kolganov N.G. Pulse compression using a five-fold helically corrugated waveguide // 37th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, University of Wollongong, Australia, Sept. 23 — 28, 2012, Conf. Proceedings p. Thu Pos-21.

21*]. Мишакин С. В., Самсонов C.B. К теории волноводов с винтовой гофрировкой для гироприборов и СВЧ компрессоров // Тезисы 13-й Нижегородской сессии молодых ученых (естественнонаучные дисциплины), Нижний Новгород, 20−25 апреля, 2008, С. 119.

22*]. Мишакин C.B., Самсонов C.B. Расчет собственных мод волноводов с винтовой гофрировкой поверхности, основанный на решении эквива-лентной двумерной задачи // Тезисы докладов VIII Всероссийского се-минара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, 1−4 марта 2011 г., Нижний Новгород, С. 57−58.

23*]. Samsonov S.V., Denisov G.G., Gachev I.G., Kalynova G.I., Manuilov V.N., Mishakin S.V., Bykov Yu.V., Eremeev A.G., Holoptsev V.V. Development of helical-waveguide gyro-TWT and gyro-BWO // The 34th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Busan, Korea, September 21−25, 2009, Conf. Proceedings, p. 9 030 269.

24*]. Samsonov S.V., Bogdashov A.A., Denisov G.G., Eremeev A.G., Gachev I.G., Holoptsev V.V., Ivanov V.Yu., Kalynova G.I., Kornishin S.Yu., Kurkin V.S., Manuilov V.N., Maslov V.V., Mishakin S.V., Plotnikov I.V., Smirnova T.M. Development of Helical-Waveguide Gyro-TWT at IAP // Proceedings of the 8th International Workshop «Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications», July 9 — 16, 2011, Nizhny Novgorod, P. 123−124.

25*]. Мишакин C.B., Самсонов C.B. Винтовая гиро-ЛБВ миллиметрового диапазона длин волн на третьей гармонике циклотронной частоты // Тезисы докладов IX Всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, 26 февраля — 1 марта 2013 г., Нижний Новгород, С. 46−47.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Релятивистская высокочастотная электроника: Сборник статей под редакцией А.В. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР, 1979.
  2. Applications of High Power Microwaves Gaponov-Grekhov A.V., Granatstein V.L. Norwood, MA: Artech House, 1994.
  3. High-power microwave sources and technologies. Barker R.J., Schamiloglu E. New York: IEEE Press, 2001.
  4. Вакуумная СВЧ электроника. Сборник обзоров под ред. М. И. Петелина. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2002.
  5. Modern Microwave and Millimeter-Wave Power Electronics Barker R.J., Luhmann N.C., Booske J.H., Nusinovich G.S. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2005.
  6. Benford J., Swegle J.A., Schamiloglu E. High power microwaves, second edition New York: Taylor & Francis, 2007.
  7. Nusinovich G.S. Introduction to the Physics of Gyrotrons. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2004.
  8. П.JI. Электроника больших мощностей. М.: Изд-во АН СССР, 1962.
  9. 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.
  10. Schneider J. Stimulated emission of radiation by relativistic electrons in a magnetic field // Physical Review Letters. 1959. V. 2, № 12. P. 504−505.
  11. А.В. Возбуждение линии передачи непрямолинейным электронным пучком // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1959. Т. 2, № 3. С. 443.
  12. В.В. О магнитотормозном излучении и неустойчивости системы заряженных частиц в плазме // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1959. Т. 2, № 1.С. 14−27.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. Pantell R.H. Backward-wave oscillations in an unloaded waveguide // Proc. IRE. 1959. V. 47. P. 1146.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. Gold S.H., Nusinovich G.S. Review of high-power microwave source research // Review of Scientific instruments. 1997. V. 68, № 11. P. 3945−3974.
  22. .З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1961.
  23. 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.
  24. Г. Г., Резников М. Г. Гофрированные резонаторы для коротковолновых релятивистских СВЧ генераторов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1982. Т. 25, № 5. С. 562.
  25. Н.Ф. Электродинамическая система ультрарелятивистской ЛОВ // Электронная техника. Серия 1, электроника СВЧ. 1978, № 3. С. 102−106.
  26. 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.
  27. CST Microwave Studio. Wellesley Hills. MA: Computer Simulation Technology, www.cst.com.
  28. HFSS. 3D Full-wave Electromagnetic Field Simulation. Pittsburgh. PA: Ansoft Corp. www.ansoft.com.
  29. Tarakanov V.P. User’s Manual for Code KARAT. Springfield, VA: BRA, 1992.
  30. 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.
  31. Nicolet A., Zolla F. Finite element analysis of helicoidal waveguides // Science, Measurement & Technology, IET. 2007. V. 1, № 1. P. 67−70.
  32. 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.
  33. 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.
  34. А.Г. К обоснованию метода расчета распространения электромагнитных колебаний в нерегулярных волноводах // Журналвычислительной математики и математической физики. 1963. Т. 3, № 2. С. 314−326.
  35. Jin J.-M. The finite element method in electromagnetics, second edition. New York: Wiley, 2002.
  36. 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.
  37. А.Л., Петелин М. И. Формирование винтовых электронных пучков в адиабатической пушке // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1973. Т. 16, № 1. С. 141−149.
  38. 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.
  39. 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.
  40. М.Б., Руденко O.B., Сухоруков А. П. Теория волн. М.: Наука, 1990.
  41. 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.
  42. Fuks M.I., Kovalev N.F. Selective multichannel feedback // IEEE Transactions on Plasma Science. 2002. V. 30, № 3. P. 1147−1150.
  43. 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.
  44. Wilson J., Kang Y., Fathy A. Twisted structures and their application as accelerating structures // Proceedings of the 2008 Linear Accelerator Conference. 2008.
  45. А.Л., Нусинович Г. С., Павельев А. Б. Дифракционная добротность резонатора с винтовым гофром // Гиротроны Горький: ИПФ РАН, 1980. С. 91.
  46. 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
  47. Cerenkov radiation of relativistic electron beams // International journal of infrared and millimeter waves. 1984. V. 5, № 9. P. 1311−1332.
  48. 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.
  49. 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.
  50. 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.
  51. 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.
  52. P.А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. M.: Сов. радио, 1966.
  53. Lewin L., Ruehle Т. Propagation in twisted square waveguide // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1980. V. 28, № 1. P. 44−48.
  54. 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.
  55. А.Г. Возбуждение нерегулярных волноводов // Научные доклады высшей школы. Физико-математические науки. 1959, № 2. С. 162 164.
  56. Persson P.-O., Strang G. A simple mesh generator in MATLAB // SLAM review. 2004. V. 46, № 2. P. 329−345.
  57. Lehoucq R.B., Sorensen D.C., Yang C. ARPACK users' guide: solution of large-scale eigenvalue problems with implicitly restarted Arnoldi methods.: SIAM, 1998.
  58. H.C., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. Физматлит, М. СПб: Физматлит, 2000.
  59. 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.
  60. 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.
  61. 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.
  62. 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.
  63. 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.
  64. 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.
  65. 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.
  66. Blank M., Borchard P., Cauffman S., Felch K. Design and demonstration of W-band gyrotron amplifiers for radar applications // Joint 32st International
  67. Conference on Infrared Millimeter Waves and 15th International Conference on Teraherz Electronics. 2007. P. 364−366.
  68. 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.
  69. 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.
  70. Л.А., Солнцев B.A. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Советское радио, 1973.
  71. 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.
  72. 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.
  73. 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.
  74. 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.
  75. С.П., Канавец В. И., Кошелев В. И., Черепенин В. А. Релятивистские многоволновые СВЧ-генераторы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991.
  76. 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.
  77. Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. Радио, 1974.
  78. С.А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. М.: Наука, 1988.
  79. А.В., Стрелков П. С., Шкварунец А. Г. Перестраиваемый плазменный релятивистский СВЧ-усилитель // Физика плазмы. 2000. Т. 26, № 7. С. 663.
  80. А.В., Стрелков П. С. 50-мегаваттный широкополосный плазменный СВЧ-усилитель // Физика плазмы. 2004. Т. 30, № 1. С. 66.
  81. 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.
  82. 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.
  83. Н.И., Ковалев Н. Ф., Кольчугин Б. Д., Фукс М. И. Экспериментальное исследование релятивистского карсинотрона // ЖТФ. 1982. Т. 52, № 8. С. 1611.
  84. 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.
  85. 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.
  86. 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.
  87. 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.
  88. 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.
  89. С.Д., Куркан И. К., Ростов B.B., Тотьменинов Е. М. Релятивистская ЛОВ с сосредоточенным резонансным рефлектором // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1999. Т. 42, № 12.
  90. 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.
  91. 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.
  92. 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.
  93. 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.
  94. 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.
  95. Ю.В., Рыскин Н. М., Усачева С. А. Нестационарные процессы в генераторе с запаздывающим отражением от нагрузки // ЖТФ. 2011. Т. 81, № 9.
  96. 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.
  97. Г. Г., Калынова Г. И., Соболев Д. И. Метод синтеза волноводных преобразователей // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2004. Т. 47, № 8. С. 688 693.
Заполнить форму текущей работой