Ремпе І С, Храмов А Е Саратовський державний університет (СГУ) вул Астраханська, 83, а Саратов, 410012, Росія Тел: (8452) 514294, e-mail: rempen@nonlinsguru

Анотація – У роботі розглядається можливість управління вихідними характеристиками системи, що представляє із себе два електростатично повязаних вир-катор Найбільш цікавим з точки зору управління є режим взаємної синхронізації віркатора

I                                       Введення

Питання управління коливаннями в розподілених активних середовищах є дуже актуальними І викликають великий інтерес сучасних дослідників Особливо важливими є такі завдання для систем сверхвьюокочастотной електроніки, так як рішення їх повязане з пошуком шляхів управління вихідними характеристиками НВЧ пристроїв [1-2] Паралельним завданням є підвищення рівня вихідної потужності джерела НВЧ випромінювання У звязку з цим увагу дослідників привертає можливості створення фазованих антенних решіток на СВЧ пристроях великий ПОТУЖНОСТІ Як модулі подібних решіток було запропоновано використовувати генератори на віртуальному катоді (віркатора) (див, наприклад, [3,4])

Рис 1 Залежність режимів, які спостерігаються в віркатора, від параметрів Пірса обох пучків

Fig 1 Regime тар for vircators depending on Pierce parameters of two electron beams

Можливості технічного використання генераторів на віртуальному катоді як модулі антенних решіток тісно повязані з проблемою розробки простих І ефективних методів управління характеристиками генерації даних приладів Вирішення цього питання потребує детального дослідження фізичних процесів, що протікають в електронному потоці З віртуальним катодом Як показують дослідження (наприклад, [1], [2], [5]), особливості динаміки У такій системі визначаються формуванням І взаємодією складних електронних структур У потоці Зовнішній вплив робить сильний вплив на процеси структуроутворення У потоці З віртуальним катодом і, як наслідок, на характеристики генерації віркатора

II                              Основна частина

Саратов – У даний роботі розглянута мо-дель системи, що представляє із себе два прискорювачі, кожну з яких формує електронний ПОТІК Електронні потоки спрямовані назустріч один одному, І В кожному з них формується віртуальний катод [1] Розглянута модель представляє з себе два електростатично повязаних діода (двопотокової віркатора) [4] Особливий інтерес до даної системи викликаний також відсутністю зовнішніх елементів звязку, що робить прилад конструктивно простішим

Два електронних потоку поширюються назустріч один одному між двома нескінченними плоскими коротко замкнутими площинами, що знаходяться на відстані L один від одного (плоска діодна модель)

У плоских діодних проміжку з електронним ПОТІМ, що поширюється в одному напрямку, при значенні основного керуючого параметра – параметра Пірса а = 4/3 однопотокові стан стає нестійким [2] і в пучку утворюється віртуальний катод, частота коливань якого може бути оцінена як ύλ / ο ^ 2ωρ [5]

Без нейтралізації просторового заряду іонним фоном пролітний струм в діоді в режимі з віртуальним катодом досить малий [1], тому ми розглядаємо досліджувану систему як два електростатично повязаних віркатора

Кожен електронний потік представляється сукупністю заряджених листів, для кожного з яких вирішуються нерелятивістському рівняння руху:

де х \] л v \ – відповідно координата і швидкість /-го листа, / = 1 . Л /, φ (χ) – потенціал поля просторового заряду

Для знаходження поля просторового заряду В електростатичному наближенні вирішується рівняння Пуассона

Ha рис 1 наведена карта динамічних режимів досліджуваної системи на площині параметрів,

■ При малих значеннях параметрів, після критичного значення і порушення коливань, в обох віркатора спостерігається сильно хаотична динаміка, при цьому в спектрах потужності коливань обох віртуальних катодів можна спостерігати пік основний власної частоти, що залежить від параметра Пірса, на тлі високого шумового пєдесталу

Із збільшенням одного з параметрів Пірса, при невеликому значенні другого, можна отримати широкий набір складних режимів – слабохаотіческого, з переважанням в спектрі обох власних частот, квазіперіодичного, режиму квазісінхронізаціі та інших У разі, коли параметри обох пучків, розрізняються не сильно, в системі має місце режим взаємної синхронізації У роботі показано звязок між коливальними режимами в обох віркатора і видом складних електронно-хвильових структур, що мають місце в електронному потоці Показано, що ступінь хаотизації коливань повязана із збільшенням енергії вторинних структур по відношенню до основної структурі потоку – віртуальному катода

III                                  Висновок

Таким чином, в роботі показано, що в двопотокової віркатора в режимі синхронізації існує можливість управління різницею фаз між сигналами в кожному з модулів, а, отже, регулювання рівня потужності вихідного сигналу Саме цей режим найбільш цікавий з точки зору застосування аналізованої системи в якості модуля антеною решітки

Робота виконана за підтримки Російського Фонду Фундаментальних Досліджень (проекти 05 – 02-16273), Програми підтримки провідних наукових шкіл РФ (НШ-416720062)

IV                           Список літератури

[1]  ТрубецковД І, Храмов А Е. Лекції з надвисокочастотної електроніці для фізиків Т1 М: Наука Физматлит, 2003

[2]  High Power IVIicrowave Sources / Ed by V L Granatstein and I Alexeff – Boston: Artech House, 1987

[3]  P Knight Synthesizing The Radiation Pattern of Ring Aerial Industrial Electron, 1963, V 1, No 10, pp 538-543

[4]  Woo W et al // J Appl Phys 65 (1989) 861

[5]  Hendricks Κ, Richard A, Noggie Rll J Appl Phys 68 (1990) 820

[6]  Діденко AH Ращіков В І Фізика плазми 1992 Е18 С 1191

ELECTRON BEAM OSCILLATIONS CONTROL IN DOUBLE-STREAM VIRCATOR

Rempen I S, Hramov A E

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str, Saratov, 410012, Russia

Ph: (845-2)514294, e-mail: rempen@nonlinsguru

Abstract – Presented in this paper are different modes of double-stream vircators and the possibility of their control The most interesting mode, from the point of practical application, is co-synchronization

I                                         Introduction

The problem of dynamics control in high-power electronics is actual and because it is bounded with output signal output characteristics [1, 2] Another problem is the increasing of generated signal power Thus, the researches’ attention is attracted by the possibilities of phased arrays installation on high-power microwave devices Generators on virtual cathode can be used as array modules [3, 4]

II                                        Main Part

The model considered consists of two accelerators Each accelerator is forming an electron beam The beams are directed towards each other and in each of them virtual cathode is formed (double-stream vircator) The systems have no external coupling elements Transit current without neutralizing ion background is rather small and the system can be considered as two electrostatically coupled vircators Electron beams are described by the set of charged particles (planes), and for each of them non-relativistic motion equations are solved Electromagnetic field is found from Poisson equation

In Fig 1 regime map of the system, depending on Pierce

parameters of electron beams , a2 is shown When the parameters’ values are small, but larger than the critical value a = 4 / 3 corresponding to the appearance of virtual cathode (whose autonomous oscillation frequency is вл / с ~ 2юр), both vircators demonstrate strongly chaotic dynamics, that is obvious from the output signals spectra

When at least one of Pierce parameters increases and the other remains small, the system demonstrates a wide set of complex regimes (regular, quasiperiodical, weakly chaotic, the so-called quasi-synchronization [1], etc) In the case when Pierce parameters of both electron beams differ no more than 20 %, the regime of co-synchronization occurs Described in this paper is the dependence between oscillation characteristics (frequency, power, exit spectrum) in both vircators and the shape of complex electron-wave structures in the electron beams It is shown that the extent of oscillations chaotization is caused by increasing of secondary structures energy in relation to the primary structure of the electron beam (virtual cathode)

III                                       Conclusion

The possibility of output signal characteristics control in double-stream vircator is shown The control is carried out by correcting the phase difference in both modules

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р