Бородкін А В, Сотніков Г В, Онищенко І Н, Хоружий В М ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» вул Академічна, 1, м Харків 61108, Україна

Анотація – Розглянуто нелінійний режим генерації в Гіро-ЛОВ з поздовжньо наростаючим магнітним полем Показано, що зто дає можливість збільшити ккд генератора приблизно в два рази (з 11% до 20 %)

I                                       Введення

Ефективним засобом для генерації потужних ВЧ-коливань в діапазоні см і мм довжин хвиль є Гіро-ЛОВ Генерація ВЧ-коливань відбувається при взаємодії електронного пучка з зворотного хвилею, возбуждаемой в хвилеводі, вміщеному в поздовжнє магнітне поле при виконанні умов нормального ефекту Допплера Дослідження нелінійного режиму генерації ВЧ-коливань в Гіро-ЛОВ представлені в [1-5]

У докпаде буде досліджена залежність ккд Гіро-ЛОВ генератора, на основі коаксіального хвилеводу від ступеня лінійного наростання поздовжнього магнітного поля Показано, що наростання поздовжнього магнітного поля Але вздовж координати ζ забезпечує ефективнішу генерацію потужності ВЧ-випромінювання коаксіальної Гіро-ЛОВ

II                              Основна частина

Розглянемо коаксіальний хвилевід, утворений двома співвісними циліндрами довжини L і радіусами а і Ь (а> Ь) На вхід ζ = 0 інжектується кільцевої електронний монохроматичний пучок з початковою функцією розподілу

, Де пь-щільність електронного пучка, РхоРцо початковий поперечний

і поздовжній імпульс, відповідно Система знаходиться в лінійно наростаючому постійному поздовжньому магнітному полі, Як з

вестно, найбільш ефективну взаємодію електронного пучка з власною модою хвилеводу відбувається, коли електронний пучок знаходиться в циклотронному резонансі

Для опису даної взаємодії електронного пучка з зворотної ΤΕοι-хвилею коаксіального хвилеводу, скористаємося рівняннями Максвелла для відмінних від нуля компонент електромагнітного поля Е ^, Н ^, і рівняннями руху частинок пучка в

лагранжевих змінних

Чисельні дослідження отриманих раніше нелінійних рівнянь [4,5] проводилися тут при наступних значеннях параметрів: частота генерації f = 77 ГГц, внутрішній радіус коаксіального хвилеводу Гіро-ЛОВ Ь = 3см, зовнішній радіус а = 5см, енергія інжекції полого пучка електронів = 511 кеВ (γ = 2), внутрішній радіус пучка Я ь / = 39 см, зовнішній радіус Я тє = 41 см, = 1 і початкова

поздовжнє магнітне поле Н ^ = 43кЕ Довжина хвилеводу Гіро-ЛОВ L = 60cm При цих параметрах хвилеводу і пучка при постійному поздовжньому магнітному полі (v = 0) було знайдено, що максимальний усереднений ккд 77 = 011 виходить при струмі пучка / j = 0,6 М (рис1)

Рис 1 Залежність ккд η від нормованого часу τ при струмі інжекції / ^, = 06кА і ν = 0 Fig 1 Dependence of efficiency η vs normalizing timer under injection beam / ^, = 06kA and і v = 0

Залежність нормованої амплітуди ВЧ-поля від нормованого часу г на вході генератора (z = 0) наведена на рис 2 відповідає стохастическому режиму

Рис 2 Залежність нормованої амплітуди ВЧ-поля від нормованого часу τ при струмі

інжекції / j, = 0 БКА (стохастичний режим)

Fig 2 Dependence of normalizing amplitude \/s

normalizing time τ under injection beam /^, =06kA (chaotic regime)

Потім були проведені чисельні дослідження при заданому струмі пучка = 0,6 kA щодо збільшення ккд при лінійному зростанні поздовжнього магнітного поля (ν> 0) Було знайдено, що найбільше збільшення ккд відбувається при V = 03 На рісЗ наведена залежність ккд від часу в цьому випадку Середнє значення величини ккд становить η = 02

Залежність нормованої амплітуди ВЧ-поля С від нормованого часу г на вході генератора (ζ = 0) наведена на рис 2 тепер відповідає режиму автомодуляціі (але не стохастическому режиму, як при ν =0)

Fig 3 Dependence of efficiency η vs normalizing timer under injection beam / ^, = 06kA and і v = 03

Рис 3 Залежність ккд η від нормованого часу τ при струмі інжекції / ^, = 06кА і ν = 03

Puc 4 Залежність нормованої амплітуди ВЧ-поля від нормованого часу τ при струмі

інжекції / j, = 06кА (режим автомодуляціі)

Fig 4 Dependence of normalizing amplitude \/s normalizing timer under Injection beam /^, =06 kA (self- modulation regime)

III                                   Висновок

Проведені дослідження залежності ккд ги-ро-ЛОВ від ступеня лінійного наростання поздовжнього магнітного поля показують наявність максимуму ккд, при якому ккд Гіро-ЛОВ при 30% зростанні поля Hq (z = L) Hq (z = 0) збільшується практично вдвічі від 77 = 011 до 77 = 02

IV                           Список літератури

[1] Гінзбург Н С, Зарніцин Н Г, Нусіновіч Г С До теорії релятивистского мазера на циклотронному авторезонансу з зустрічною хвилею Радіотехніка та електроніка,

1979, т24, вип6, стор 1146-1152

[2] Ganguly, А К and Ahn, S, Nonlinear analysis of the gyro-BWO in three dimensions, Intl J of Electronics, 1989, 67, N02, pp 261 -276

[3]  V E Zapevalov, V 1 Khizhnyak, M A Moiseev,

A       V Paveiyev, N i Zavoisky Advantages of coaxial cavity gyrotrons Proceeddings of the V International Workshop «Strong Microwaves in Plasmas», 2002, v1, pp111-115, Nizhny Novgorod, Russia, August 1-9

[4] Borodl

[5] A В Бородкін, 1/1 Η Онищенко, Г В Сотников,

B       М Хоружий Збудження регулярних і стохастичних коливань в коаксіальної Гіро-ЛОВ Успіхи сучасної радіоелектроніки, 2005, № 12, стор35-45

NONLINEAR OPERATION REGIMES OF COAXIAL GYRO-BWO UNDER INCREASING LONGITUDINAL MAGNETIC FIELD

Borodkin A V, Sotnikov G V,

Onishchenko I N, Khoruzhiy V M

Kharkov Institute of Physics and Technology

1,       Akademlcheskaya Str, Kharkov, 61108, Ukraine Ph: +38 (0573) 356623

Abstract – Nonlinear generation regime of coaxial gyro-BWO under increasing longitudinal magnetic field was investigated

I                                         Introduction

Investigations of coaxial gyro-BWO confirm that an essential limitation of the considered devices is not very efficient One of possibilities for efficiency increasing is to use the tapered magnetic field varying along an interaction gap

II                                        Main Part

At the simplest case it is possible to change longitudinal magnetic field under the linear law

In comparison with the homogeneous magnetic field the absolute value of efficiency has increased to 20 %, i e almost twice for gradient of inhomogeneity v = 03, beam energy S

=511 KeV (Y=2) and beam current = 0,6kA

III                                       Conclusion

Numerical results have shown that applying of the tapered magnetic field for coaxial gyro-BWO leads to the considerable increasing of efficiency We shall note that relatively small inhomogeneity of a magnetic field changes not only oscillation efficiency, but also spectral characteristics of oscillation regime For example, the self-modulation regime, when applying of inhomogeneity of a magnetic field can convert to steady state oscillation regime

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