Кураєв А. А., Лущіцкая І. В., Попкова Т. Л., Яроменок С. І. Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки вул. П.Бровкі, 6, Мінськ 220027, Білорусь Тел. (375-17) 239-84-98, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by

Анотація – на основі апарату Т-функцій і запропонованої раніше методики точного багатомодового розрахунку нерегулярних хвилеводів проведено синтез профілів резонаторів гіротронов на модах Нш , Що реалізують оптимальний розподіл поля двох типів: унімодальне і багатоекстремального (каскадний резонатор). Встановлено точне відповідність розрахункових і опублікованих експериментальних даних.

I. Вступ

Як показано в роботі [1], оптимізація розподілу поля в резонаторах гіротронов і гіро-кпістронов дозволяє підвищити їх КПД більш ніж в два рази, що має велике значення для таких потужних приладів, якими є гіротрони і гіро-кпістрони. Однак для синтезу профілю резонатора, в якому реалізується близьке до оптимального розподіл поля, необхідно суворе рішення двухточечной крайової задачі для відрізка нерегулярного хвилеводу, що утворює відкритий резонатор гіротрона. Математичний апарат для реалізації такого рішення на базі Т-функцій розвинений в

[2]. У тій же статті [2] наведена і математична модель для зазначеного резонатора в многомодовом режимі для хвиль Нш. У даній роботі з використанням методів і моделей зі статті [2] здійснений синтез профілів резонаторів гіротронов з двома типами розподілу полів, близьких до оптимальних, а також виконано зіставлення отриманих результатів з експериментальними даними, наведеними в статті [3].

II. Резонатор з унімодальних розподілом поля

Оптимальні унімодальне розподілу поля в гіротронах і гірокпістронах із взаємодією на першій гармоніці циклотронной частоти (робоча мода Ho-i) і на другій гармоніці (робоча мода Ніг) отримані в роботі [1]. В роботі [3] здійснено (аналітично і експериментально) синтез профілю резонаторів, в яких реалізуються близькі до знайдених в [1] розподілу поля. Аналіз цих розподілів в резонаторах зі знайденими в [3] профілями був здійснений на базі математичних методів, розвинутих в [2].

Профіль резонатора в [3] задавався таким чином:

Тут Ь (Т) – функціональна залежність радіусу труби резонатора від поздовжньої нормованої

координати

Puc. 2. Розподілу поля AX(T): а-в одномодовом наближенні, б-з урахуванням

н02, Ню, Я04 хвиль.

Fig. 2. Ai (T) field distribution: aa single-mode approximation, b – with regard to the Я02, Я03, Я04 modes

SYNTHESIS OF OPTIMAL GYROTRON RESONATOR PROFILES WITH THE USE OF T-FUNCTIONS APPARATUS

Kurayev A. A., Lushchytskaya I. V.,

Popkova T. L., YaromenokS. I.

Belarussian State University of Informatics and Radio Electronics

6                P. Brovki St., Minsk – 220013, Belarus phone: +375 (17) 2398498 e-mail: kurayev@bsuir. unibel. by

Abstract — The synthesis of gyrotron resonator structures operating in H0, modes is presented on the basis of the T-functions theory and the technique for exact multimode calculations of irregular waveguides. These structures provide optimal distribution for two types of fields: unimodal and multiextreme (multistage resonator). Exact conformity between calculated and published experimental data has been established.

I. Introduction

As shown in [1], optimization of field distribution in gyrotron and gyroklystron resonators allows for their efficiency to be more than doubled, which is critical for these high-power devices. This report presents a mathematical apparatus for implementing this solution on the basis of T-functions, as well as a mathematical model for the above resonators in a multimode regime for H0, modes.

II.    Resonator with a unimodal field distribution

The structure of the resonator in [3] was set by (1). In Fig. 1 the structure of the resonator g(T) from [3] is represented. In Fig. 1 b is a relative distribution of the resonator azimuthal electric field density component Al(T)=E^1(T)/LX calculated according to [2]. This distribution precisely coincides with the measured field distribution in the experimental resonator [3] having the structure shown in Fig. 1a. It also conforms with an analytically calculated distribution for a single-mode approximation in [3]. The general solution analysis has shown the contribution of higher modes into shaping the resonator field to be negligible.

III. Multistage resonator

In Fig. 2 the distribution of an Ai(T) field in the resonator calculated using a single-mode approximation (only the Hm mode was taken into account) is given. In Fig. 2b the precisely calculated field distribution (for the right-hand section of the resonator) with the allowance made for H02, H03, and H04 modes (amplitudes A2, A3, A4) is shown.

IV. Conclusion

The available data has shown high efficiency of the mathematical apparatus presented in [2] for handling the problems of resonator profile synthesis where a preset distribution of the electromagnetic field is implemented.

V. Список літератури

0.    Kolosov S. V. and Kurayev A. A. Comparative analysis of the interaction at the first and second harmonics of the cyclotron frequency in gyroresonance devices. RadioEngng. Electron. Phys., 19, 1974, 65-73.

1. Кураєв А. А., Лущіцкая І. В., Попкова Т. Л., Яром-

нок С. І. Оптимізація профілю хвилеводу трансформатора мод з використанням апарату Т-функцій. Доповіді БДУІР. Том 1, № 4, 2003, с. 58-61.

2. Barroso J. J., Montes A and Ludwig G. О. RF field profiles in weakly irregular open resonators. Int. J. Electronics, 1986, vol. 61, no. 6, 771-794.

3. Кураєв А. А. Теорія і оптимізація електронних приладів НВЧ. Мн.: Наука і техніка, 1979, 336.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»