Time-domain self-consistent theory of frequency-locking regimes in gyrotrons with low-Q resonators

Ginzburg, N. S.; Sergeev, A. S.; Zotova, I. V.

doi:10.1063/1.4913672

Cited by 48 publications

(18 citation statements)

References 16 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Электронно-волновое взаимодействие может быть опи-сано системой уравнений, включающих в себя неодно-родное уравнение параболического типа для эволюции комплексной амплитуды поля совместно с усредненны-ми уравнениями движения электронов [16]:…”

Section: модель и основные уравненияunclassified

“…Важно подчеркнуть, что принципиальным моментом для анализа указанных режимов в рамках усредненного подхода является учет конечности времени пролета электронов через пространство взаимодействия [16]. В большинстве предшествующих работ, посвященных динамике нестационарных процессов в гиротронах, в которых эволюция поля описывается параболическим уравнением, предполагалось, что время пролета пре-небрежимо мало в масштабе времени изменения ам-плитуды поля [17][18][19].…”

Section: Introductionunclassified

“…В этом случае при умеренном пре-вышении тока пучка над порогом в спектре генерации будут наблюдаться две разнесенные спектральные поло-сы. Однако увеличение инжектируемого тока при опти-мально подобранных параметрах гиротрона приводит к перекрытию полос и генерации сверхширокополосного излучения.Важно подчеркнуть, что принципиальным моментом для анализа указанных режимов в рамках усредненного подхода является учет конечности времени пролета электронов через пространство взаимодействия [16]. В большинстве предшествующих работ, посвященных динамике нестационарных процессов в гиротронах, в которых эволюция поля описывается параболическим уравнением, предполагалось, что время пролета пре-небрежимо мало в масштабе времени изменения ам-плитуды поля [17][18][19].…”

unclassified

See 2 more Smart Citations

Генерация Широкополосного Хаотического Излучения В Гиротронах В Режиме Перекрытия Высокочастотного И Низкочастотного Резонансов

Розенталь¹,

Гинзбург²,

Сергеев³

et al. 2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

Показана возможность значительного (до 10%) расширения полосы шумоподобного излучения в гиро-тронах за счет специальной настройки гирочастоты относительно критической частоты рабочей моды, при которой для заданного значения поступательных и поперечных скоростей электронов достаточно сильно разнесены высокочастотный и низкочастотный циклотронные резонансы. При больших превышениях над порогом возникает перекрытие полос генерации на указанных резонансах. Принципиальным моментом для корректного анализа режимов широкополосной генерации в рамках усредненного подхода является учет конечности времени пролета электронов через пространство взаимодействия и соответственно учет наклона дисперсионной характеристики электронного пучка относительно дисперсионной характеристики волны. Полученные результаты подтверждены посредством прямого трехмерного PIC (particle-in-cell) моделирования хаотических режимов генерации гиротрона 8 mm диапазона длин волн. В настоящей работе показана возможность значи-тельного расширения полосы шумоподобной генерации гиротронов до величины порядка 10%. Для этого необ-ходима специальная настройка гирочастоты (величины магнитного поля) относительно критической частоты рабочей моды ω c , при которой для заданного значе-ния поступательной скорости электронов достаточно сильно разнесены высокочастотный и низкочастотный циклотронные резонансы, возникающие при пересече-нии дисперсионных характеристик волноводной моды h = c −1 ω 2 − ω 2 c и электронного потока ω − hV 0 = ω H (где ω -частота, h -продольное волновое число, ω H -гирочастота). В этом случае при умеренном пре-вышении тока пучка над порогом в спектре генерации будут наблюдаться две разнесенные спектральные поло-сы. Однако увеличение инжектируемого тока при опти-мально подобранных параметрах гиротрона приводит к перекрытию полос и генерации сверхширокополосного излучения.Важно подчеркнуть, что принципиальным моментом для анализа указанных режимов в рамках усредненного подхода является учет конечности времени пролета электронов через пространство взаимодействия [16]. В большинстве предшествующих работ, посвященных динамике нестационарных процессов в гиротронах, в которых эволюция поля описывается параболическим уравнением, предполагалось, что время пролета пре-небрежимо мало в масштабе времени изменения ам-плитуды поля [17][18][19]. В таком предположении линия пучка на дисперсионной диаграмме проходит вертикаль-но, что не позволяет корректно описать исследован-ные далее режимы двойного пересечения. Результаты, полученные в рамках усредненной самосогласованной модели, подтверждены на основе прямого PIC (particlein-cell) моделирования хаотических режимов генерации гиротрона 8 mm диапазона длин волн с использованием трехмерной версии кода KARAT [20].

show abstract

Section: модель и основные уравненияunclassified

Section: Introductionunclassified

unclassified

See 1 more Smart Citation

Генерация Широкополосного Хаотического Излучения В Гиротронах В Режиме Перекрытия Высокочастотного И Низкочастотного Резонансов

Розенталь¹,

Гинзбург²,

Сергеев³

et al. 2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In the novel model, first of all an inclination of the beam line with respect to the dispersion characteristic of the waveguide mode is taken into account [4], because the maximum spectrum bandwidth of chaotic generation, including rogue waves, is determined by the difference between resonances with backward and forward waves (points 1 and 2 in Fig. 1 a).…”

Section: Mechanism Of Rogue Waves Generationmentioning

confidence: 99%

Generation of rogue waves in gyrotrons with high excess over the threshold

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

Many physical systems exhibit behavior associated with the emergence of the so-called rogue waves which represent dramatically high-amplitude events that occur with low probability but much more frequently than expected in ordinary wave statistics [1]. For example, in laser physics and optics rogue waves arise in the process of supercontinuum generation and represent pulses of ultra broadband light with extremely high peak power [2]. In this paper within the framework of the average approach and in direct 3D PIC (particle-in-cell) simulations we demonstrate that rogue waves can also appear in gyrotrons operating with high excess over the threshold. The mechanism of extreme spikes formation is related to simultaneous cyclotron interaction of a gyrating electron beam with forward and backward waves near the waveguide cutoff frequency as well as with the longitudinal deceleration of electrons. From the practical point of view, experimental observation of the rogue waves generation in gyrotrons can be interesting as a method for production of high-power millimeter-wave radiation with an ultra broadband spectrum. The required exceeding over the threshold can be achieved for routine parameters of the driving electron beams formed by the magnetroninjection guns due to operation at the lowest modes of microwave cavities. Mechanism of Rogue Waves GenerationFor theoretical analysis of rogue waves generation in gyrotrons we have generalized the self-consistent timedomain model of low-Q gyrotrons [3] in the frame of which the evolution of the field amplitude is described by a non-uniform parabolic equation. In the novel model, first of all an inclination of the beam line with respect to the dispersion characteristic of the waveguide mode is taken into account [4], because the maximum spectrum bandwidth of chaotic generation, including rogue waves, is determined by the difference between resonances with backward and forward waves (points 1 and 2 in Fig. 1 a). The second critical factor which should be included into consideration is the change of the longitudinal momentum of electrons. This effect is not significant for a steady-state generation regime and, as a rule, is ignored in the gyrotron theory. However, in the process of formation of giant ultrashort pulses with a very steep profile strong transverse magnetic fields are initiated even near the cutoff frequency, which, in turn, leads to transformation of the translational energy of electrons to the energy of their orbital rotation and then in the energy of an electromagnetic pulse. Correspondingly, the generalized system of equations has the following form:

show abstract

“…Here the following normalized variables are used: Z Z Z enters the system we apply the modified boundary condition [5]:…”

Section: H Z H Andmentioning

confidence: 99%

Modulation of microwave radiation in the process of resonant interaction with a counter-propagating rectilinear electron beam

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

Time-domain self-consistent theory of frequency-locking regimes in gyrotrons with low-Q resonators

Cited by 48 publications

References 16 publications

Генерация Широкополосного Хаотического Излучения В Гиротронах В Режиме Перекрытия Высокочастотного И Низкочастотного Резонансов

Генерация Широкополосного Хаотического Излучения В Гиротронах В Режиме Перекрытия Высокочастотного И Низкочастотного Резонансов

Generation of rogue waves in gyrotrons with high excess over the threshold

Modulation of microwave radiation in the process of resonant interaction with a counter-propagating rectilinear electron beam

Contact Info

Product

Resources

About