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

Abstract

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].

Источник Двухчастотного Перестраиваемого Свч-Излучения На Основе Гироклистрона В Режиме Биений С Входным Сигналом

“…Для случая генерации излучения с частотой модуляции в несколько десятков мегагерц такими источниками могут быть лампы бегущей волны черенковского типа, непрерывная мощность генерации которых в рассматриваемом W-диапазоне достигает 50 W [17]. В качестве более мощных источников могут использоваться гиротроны, для которых в последнее время предложены схемы, существенно увеличивающие диапазон частотной перестройки [18,19].…”

Экспериментальное наблюдение хаотической генерации с шириной спектра 1.5% в гиротроне в условиях большой надкритичности

“…Однако к настоящему времени относительная ширина спектра гиротронов в подобных режимах не превышает десятых долей процента [8,9]. В то же время в [10,11] на основе динамической модели электронно-волнового взаимодействия, в которой учтена конечность времени пролета частиц через резонатор гиротрона, была продемонстрирована возможность значительного расширения полосы шумоподобного излучения в условиях, когда величина токового параметра, пропорционального току пучка и коэффициенту связи электронов с волной, существенно (на два и более порядков) превосходит стартовые значения. В настоящей работе представлены результаты первых экспериментальных исследований широкополосных режимов генерации на основе гиротрона диапазона 33 GHz, в котором достаточно большой уровень надкритичности обеспечивается за счет возбуждения низшей моды круглого волновода.…”

“…Предварительное моделирование было проведено на основе предложенной в [10] модифицированной нестационарной самосогласованной системы уравнений электронно-волнового взаимодействия в гиротронах. Модель включает неоднородное параболическое уравнение для описания эволюции амплитуды поля вблизи критической частоты волноводной моды и усредненные уравнения движения для поперечного импульса частиц.…”