WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В режиме малого разброса по скоростям функция распределения D по временам жизни частиц имеет единственный максимум, который соответствует динамике единственной структуры, формирующейся в системе — единственному виртуальному катоду. Время 0, соответствующее максимуму функции распределения Dmax = D(0), близко к характерному временному масштабу колебаний единственного виртуального катода, и, соответственно, величина 1/0 близка к частоте основной спектральной компоненты в спектре мощности в данном режиме (см. рис. 6,a, частота, отмеченная символом f ). Одновременно, из анализа функции распределения заряженных частиц по координатам, в которых они отражаются обратно к плоскости инжекции, следует, что в случае близкого к моноскоростному пучку существует некоторая область пространства взаимодействия x (0.32, 0.43), вероятность отражения частицы в каждой точке которой примерно одинакова (за исключением границ этой области, где на функции распределения наблюдаются некоторые небольшие максимумы). Эту область можно условно назвать шириной области виртуального катода, в которой он и совершает нестационарные колебания. Таким образом, в режиме малого разброса по скоростям в системе формируется единственная основная электронная структура — виртуальный катод.

Иная ситуация складывается в режимах с большим начальным разбросом скоростей электронов. В этом Рис. 8. Распределение плоскостей отражения заряженных частиц (листов) в пространстве взаимодействия (a) и распре- случае на функциях распределения заряженных частиц деление заряженных частиц по времени жизни в пространстве наблюдается несколько ярко выраженных максимумов.

взаимодействия (b) для: 1 — пучка с малым начальным Такое поведение многоскоростного потока может быть разбросом электронов по скоростям ( v/v0 = 0.5%) и 2 — интерпретировано как формирование нескольких ВК пучка с большим разбросом по скоростям ( v/v0 = 3%).

(нескольких пространственно-временных структур) на Распределения получены при = 0.9 и = 0.46.

различном расстоянии от плоскости инжекции. Это подтверждается приведенным на рис. 8 распределением координат xr, в которых наблюдается отражение заряженных частиц. Видно, что кривая распределения с ростом начального разброса по скоростям. В данном сильно изрезана, причем ярко выделяются четыре обвопросе основным является численный анализ поведеласти, в которых наиболее часто происходят отражения ния модели исследуемой системы, так как с помощью электронов к плоскости инжекции. Каждый из подобных него можно детально рассмотреть физические процессы максимумов можно интерпретировать как соответствуюв пространстве взаимодействия системы.

щий отдельному ВК, локализованному в своей области Для подобного анализа, следуя работам [17,39,40], строились различные функции распределения заряжен- пространства взаимодействия. Отметим, что максимумы на кривых покоятся на высоком основании, связанном с ных частиц в пространстве взаимодействия при малом и тем, что каждый из формирующихся ВК колеблется как большом начальном разбросе по скоростям заряженных во времени, так и в пространстве, однако наиболее верочастиц.

На рис. 8 представлены распределения Dx коорди- ятные места локализации структур соответствуют именно максимумам распределения. Функция распределения нат xr, в которых имеет место отражение заряженных времени жизни заряженных частиц также демонстрирует частиц, и распределения D частиц по времени жизни в пространстве взаимодействия для пучка с малым раз- сложную сильно изрезанную форму, что подтверждает бросом скоростей v/v0 = 0.5% (штриховая кривая 1) формирование в многоскоростном потоке нескольких и значительным разбросом по скоростям v/v0 = 3.0% электронных структур.

(сплошная кривая 2). Из сравнения зависимостей следу- Каждая из электронных структур (виртуальных катоет, что структура пучка в области отражения заряжен- дов) имеет свой собственный характерный временной ных частиц обратно к плоскости инжекции (область ВК) масштаб колебаний. Отражение части потока от каждой Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния распределения электронов... электронной структуры оказывает влияние на условия сигнала среднего и большого уровня мощности на формирования других структур в потоке, что обеспе- основе ВК [27,28,31,32].

чивает несколько петель внутренней обратной связи с Авторы выражают благодарность чл.-корр. РАН, проразличными временами запаздывания. Увеличение скофессору Д.И. Трубецкову за интерес к данной работе, ростного разброса в пучке приводит к усложнению обсуждения и полезные критические замечания.

подобной распределенной связи в системе за счет роста Работа поддержана грантом Российского фонда фундачисла электронных структур, формирующихся в потоке.

ментальных исследований (проекты №№ 05–02–Таким образом, большой начальный скоростной разброс и 05–02–08030), CRDF (REC–006), а также ФНП „Диэлектронов пучка приводит к дополнительной хаотизанастия“ и МЦФФМ.

ции динамики системы, что выражается в вышеописанном усложнении спектральных характеристик выходного излучения.

Список литературы [1] Mahaffey R.A., Sprangle P.A., Golden J., Kapetanakos C.A. // 5. Обсуждение полученных Phys. Rev. Lett. 1977. Vol. 39. N 13. P. 843.

результатов [2] Диденко А.Н., Красик Я.Е., Перелыгин С.Ф., Фоменко Г.П. // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5. № 6. С. 321.

Таким образом, проведенные исследования показа[3] Sullivan D.J. High-power microwave generator using ли, что увеличение разброса электронов по скоростям relativistic electron beam in waveguide drift tube / US Patent приводит к дополнительной хаотизации колебаний ВК.

4345220, 17.08.82. H 03 B 9.01.

Последнее выражается в расширении спектра генериру- [4] Диденко А.Н., Жерлицын А.Г., Сулакшин А.С. и др. // Письма в ЖТФ. 1983. Т. 9. № 24. С. 48.

емых колебаний, увеличении спектральной интенсивно[5] Гинзбург С.Л., Дьяченко В.Ф., Палейчик В.В., Ходатасти шума и уменьшении изрезанности спектра в рабочей ев К.В. // ЖТФ. 1999. Т. 69. № 2. С. 87–92.

полосе частот. Экспериментально полученные резуль[6] Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокотаты качественно хорошо соответствуют результатам частотной электронике для физиков. Т. 1. М.: Наука.

численного расчета с использованием модели диодноФизматлит, 2003.

го промежутка с торможением, с помощью которого [7] Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокоудалось рассмотреть физические процессы в многоскочастотной электронике для физиков. Т. 2. М.: Наука.

ростном пучке с ВК. Наиболее важным выводом можно Физматлит, 2004.

считать то, что дополнительная хаотизация колебаний [8] Дубинов А.Е., Селемир В.Д. // РиЭ. 2002. Т. 47. № 6. С. 575.

ВК определяется уже известными механизмами [23,32], [9] Дубинов А.Е., Корнилова И.Ю., Селемир В.Д. // УФН.

а именно формированием дополнительных электронных 2002. Т. 172. № 11. С. 1225–1246.

структур, которые были выделены с помощью построе- [10] Brandt H.E. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1985. Vol. 13. N 6.

C. 513.

ния функций распределения заряженных частиц.

[11] Sze H., Benford J., Harteneck B. // Phys. Fluids. 1986. Vol. 29.

Однако результаты численного моделирования в рамN 11. P. 5875.

ках одномерной теории динамики электронного пучка с [12] Афонин А.М., Диденко А.Н., Пауткин А.Ф., Рошаль А.С. // ВК дают по сравнению с экспериментальным исследоваРиЭ. 1992. Т. 37. № 10. С. 1889.

нием меньшую ширину полосы генерации и существен[13] Привезенцев А.П., Саблин Н.И., Филипенко Н.М., Фоменно большую изрезанность спектра. На наш взгляд, это ко Г.П. // РиЭ. 1992. Т. 37. № 7. С. 1242.

объясняется использованием одномерной теории, кото[14] Селемир В.Д., Алёхин Б.В., Ватрунин В.Е., Дубинов А.Е.

рая не учитывает принципиально двумерные эффекты и др. // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 7–8. С. 689.

динамики электронов в области ВК. В частности, из [15] Ватрунин В.Е., Дубинов А.Е., Селемир В.Д., Степаанализа рис. 6 следует, что одновременно с увеличением нов Н.В. // Лекции по СВЧ-электронике и радиофизике.

разброса продольных скоростей электронного потока 10-я зимняя школа-семинар. Кн. 2. 1996. С. 89–97.

имеет место расширение распределения электронов по [16] Tsang-Lang Lin, Wen-Ting Chen, Wen-Chung Liu, углам влета, что делает учет двумерного движения Yuan Hu // J. Appl. Phys. 1990. Vol. 68. N 5. C. 2038–2044.

электронов в области ВК. Построение и анализ двумер- [17] Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. 49. № 9. С. 1137.

ной теории движения электронного пучка с ВК будут [18] Hramov A.E., Rempen I.S. // Int. J. Electronics. 2004. Vol. 91.

составлять дальнейшее направление теоретических исN1. C. 1–12.

следований электронно-волнового генератора широкопо[19] Привезенцев А.П., Фоменко Г.П. // Изв. вузов. Прикладная лосного хаотического сигнала.

нелинейная динамика. 1994. Т. 2. № 5. С. 56.

В заключение отметим, что обнаруженное в резуль[20] Трубецков Д.И., Анфиногентов В.Г., Рыскин Н.М., Титате экспериментальных и теоретических исследований тов В.Н., Храмов А.Е. // Радиотехника. 1999. Т. 63. № 4.

усложнение широкополосных шумоподобных колебаний С. 61–68.

в пучке с ВК при увеличении начального разброса [21] Храмов А.Е. // РиЭ. 1999. Т. 44. № 5. С. 551–556.

электронов по продольным скоростям и углам влета [22] Храмов А.Е. // РиЭ. 2002. Т. 47. № 7. С. 860–867.

может быть использовано для оптимизации характери- [23] Короновский А.А., Храмов А.Е. // Физика плазмы. 2002.

стик управляемых СВЧ-генераторов широкополосного Т. 28. № 8. С. 722–738.

3 Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 34 Ю.А. Калинин, А.Е. Храмов [24] Кузелев М.В., Рухадзе А.А. Электродинамика плотных электронных пучков в плазме. М.: Наука, 1990.

[25] Barkhausen H., Kurz K. // Phys. Zs. 1920. Vol. 21. N 1. P. 1.

[26] Шевчик В.Н., Шведов Г.Н., Соболева А.Н. Волновые и колебательные явления в электронных потоках на сверхвысоких частотах. Саратов: Изд-во СГУ, 1962.

[27] Калинин Ю.А., Кожевников В.Н., Лазерсон А.Г., Александров Г.И., Железовский Е.Е. // ЖТФ. 2000. Т. 70. № 7.

С. 83–91.

[28] Калинин Ю.А., Кузнецов Н.Н., Украинская Т.Н. // Изв.

вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2002. Т. 10. № 5.

С. 32–35.

[29] Калинин Ю.А., Есин А.Д. Методы и средства физического эксперимента в вакуумной СВЧ-электронике. Саратов:

Изв-во СГУ, 1991.

[30] Анфиногентов В.Г., Калинин Ю.А. // Лекции по СВЧ-электронике и радиофизике. 10-я зимняя школасеминар. Кн. 2. 1996. С. 83–88.

[31] Калинин Ю.А., Короновский А.А., Ремпен И.С., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. // 14-я Междунар. конф. „СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии“. Севастополь:

Вебер, 2004. С. 593–594.

[32] Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е., Егоров Е.Н., Филатов Р.А. // Физика плазмы. 2005. Т. 31.

№ 10.

[33] Калинин Ю.А., Панин А.Ф., Украинская Т.Н. // Электронная техника. Сер. 1. 1976. № 2. С. 111.

[34] Амирян Р.А., Горенков В.С., Мякиньков Ю.П. // Электронная техника. Сер. 1. 1980. № 4. С. 13.

[35] Рошаль А.С. Моделирование заряженных пучков. М.:

Атомиздат. 1979.

[36] Birdsall C.K., Langdon A.B. Plasma physics via computer simulation. NY: McGraw-Hill. 1985.

[37] Pierce J. // J. Appl. Phys. 1944. Vol. 15. P. 721.

[38] Маханьков В.Г., Полляк Ю.Г. // ЖТФ. Т. XLVI. № 3. С. 439.

[39] Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. // РиЭ. 2001. Т. 46. № 5.

С. 588–592.

[40] Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1999. Т. 7. № 2–3. С. 33–55.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып.

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.