КООПЕРАЦИЯ МОД В РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ЛБВ НА ГОФРИРОВАННОМ ВОЛНОВОДЕ

June 30, 2012 by admin Комментировать »

Бреднев А. А., Кураев А. А., Синицын А. К. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Ул. П. Бровки, д. 6, Минск 220027, Республика Беларусь e-mail: kuravev(8)_bsuir.unibel.bv. sinitsvn(8)_bsuir.unibel.bv

Аннотация На основе строгой нелинейной релятивистской теории ЛБВ на продольно нерегулярном круглом волноводе [4] проведено исследование оптимального взаимодействия мод. Показано, что режим кооперации трех мод (Eoi, Ео2, Е0з) может быть эффективен.

I.        Введение

С увеличением рабочей частоты мощных релятивистских СВЧ генераторов возникают проблемы, для преодоления которых необходимо использовать сверхразмерные электродинамические структуры, в которых реализуется возбуждение электронным потоком многоволнового когерентного излучения [1, 2,

3]     . Экспериментальные исследования многоволновых черенковских генераторов на гофрированных волноводах указывают на сложный характер взаимодействия электронного потока с возбуждаемыми электромагнитными полями и значительное расхождение с тем, что предсказывают имеющиеся теоретические модели [3].

В работе [4] предложена строгая электродинамическая теория возбуждения электронным потоком азимутально-симметричных Eoi-мод нерегулярного гофрированного волновода. Она получена на основе метода преобразования координат, отображающего нерегулярный гофрированный цилиндр в цилиндр единичного радиуса и использования затем проекционной процедуры для нахождения решения преобразованных уравнений Максвелла в виде разложения по собственным волнам регулярного цилиндрического волновода.

Вариант2: нерегулярный гофр, моды Е01, Е02, Еоз: (Зо = 0.9, Lo = 57.47, nv = 36, r0 = 8.33, b0 = 9.56, h(T),

lo=5000 A, r| = 52%, Ku = 45 дБ.

В настоящей работе на основе модели [4] найдены оптимальные варианты ЛБВ-О со сверхразмерной электродинамической системой, допускающей двухволновое (Е01+Е02) и трехволновое взаимодействие (Eoi + Eo2+ Еоз). Выполнен анализ полученных оптимальных вариантов.

II.        Математическая модель

Будем использовать уравнения многоволнового возбуждения азимутально-симметричных Eoi-волн приведенные в [4] при следующих допущениях:

A.     Электронный              поток прямолинейный, трубчатый, симметричный и достаточно тонкий.

B. Все процессы азимутально симметричные.

C.                     Потерями     в стенках волновода можно пренебречь.

В модели принимаются во внимание силы взаимодействия крупных релятивистских частиц, описывающие влияние пространственного заряда. Электродинамическая система в виде отрезка нерегулярного гофрированного волновода имеет внутренний радиус (размеры в единицах Х12п)\

b = bg+h(T)sm2(nvxT)’, T = z/Lg                   (1)

hv -количество волн гофра, L0длина области

взаимодействия. Распределение глубины гофра h(z) вдоль области взаимодействия задавалось при оптимизации в виде обобщенного ряда, базисными функциями которого является набор сдвигов атомарной функции ир(х) [5]:

h(T) = У’скир((пТ -к + р)/p^j, п=6, р=2.

к=1

Приняты                следующие                 обозначения:

д, =v0/с, v0-начальная скорость электронов, горадиус пучка, 1о[а]ток пучка, г| электронный КПД, Ки[Дб] коэффициент усиления.

III.      Результаты оптимизации

Вариант*!: регулярный гофр, моды Е01, Е02, Еоз: ро = 0.9, Lo = 56.97, nv = 33, r0 = 8.33, b0 = 9.56, h = 1,

lo=5000 A, r| = 32%, Ku = 41 дБ.

На Рис.1 показаны распределения КПД r|i(T) для мод Е01 1, Е02 2, Еоз 3 и общего КПД Г|(Т) 4 для варианта 1.

Puc. 2 Fig. 2

На Рис. 2 показаны распределения различных характеристик вдоль волновода: 1 Ь(Т); 2 функция группировки G(T); 3 общий КПД г|(Т); 4 Р+/Ро(Т); 5 Р7Р0(Т).

На Рис. 3 показаны распределения гЦТ) для варианта 2.

т

Рис. 3 Fig. 3

Вариант 3: регулярный гофр, моды Eo-i, Е02:

Ро = 0.9, Lo = 47, nv = 30, r0 = 4.35, b0 = 6, h = 1,

lo=5000 А, г) = 26%, Ки = 50 дБ.

Вариант 4: нерегулярный гофр, моды Е01, Е02: ро =

0.      9, Lo = 47, nv = 30, r0 = 4.35, b0 = 6, h(T), l0=5000 А,

г| = 42%, Ки = 54 дБ.

IV.      Заключение

Общий КПД для ЛБВ на волноводе с нерегулярным гофром достигает 52% в случае кооперации трех мод и 42% в случае кооперации двух, тогда как в случае на волноводе с регулярным гофром данные КПД составляют 32% и 26%, соответственно. Таким образом, введение нерегулярности в гофр волновода и использование кооперации мод позволяют увеличить общий КПД взаимодействия в релятивистской ЛБВ на замедляющей системе в виде гофрированного волновода с большим радиусом.

V.       Список литературы

[1]     Черепенин В. А. Многоволновое когерентное излучение релятивистских электронных потоков. // сб. Генераторы и усилители на релятивистских электронных потоках. М.: МГУ, 1987, стр.76.

[2]     Бугаев С. П., Канавец В. Н„ Климов А. И., Кошелев В. И., Черепенин В. А. Релятивистские многоволновые генераторы объемных волн. // сб. Генераторы и усилители на релятивистских электронных потоках. М.: МГУ, 1987, стр. 106.

[3]     Александров А. Ф., Афонин А. М., Галузо С. Ю., Канавец В. Н. и др. Релятивистские черенковские генераторы с резонансными замедляющими структурами. // Сб. Релятивистская высокочастотная электроника. Проблемы повышения мощности и частоты излучения. Горький, 1981, стр. 145.

[4]     Гуринович А. Б., Кураев А. А.. Синицын А. К. Электродинамическая теория ЛБВ-0 на гофрированном волноводе с учетом высших гармонических составляющих сигнала // Электромагнитные волны и электронные системы. 2000, т.5, N6, стр. 11-16.

[5]     Кравченко В. Ф„ Кураев А. А.. Синицын А. К.,

Шакирин А. И. Оптимизация закона изменения фазовой скорости волны вдоль гребенки оротрона на основе атомарных функций. // Электромагнитные волны и Электронные системы. 1999, т. 4, № 5, стр. 33-37.

CO-OPERATION OF THE MODES IN RELATIVISTIC TWT WITH CORRUGATED WAVEGUIDES

A. A. Brednev, A. A. Kurayev, A. K. Sinitsyn Byelarussian State University of Informatics and Radioelectronics.

P. Brovki str., 6, Minsk 220027, Republic Belarus e-mail: kuravev(g).aw.bsuir.unibel.bv

Abstract On the base of general nonlinear theory of relativistic TWT with the longitudinally-irregular circular waveguide

[1]   the multi-mode optimal interaction was investigated. It is shown that operation condition with three-mode co-operation (E01, E02, E03) is effective.

I.       Introduction

Increasing of work frequency in high power relativists microwave generators provokes different problems. Thus it is necessary to use the large radius electrodynamic structures with the excitation by electron beam of multi-wave emission [1,2,3]. In paper [4] the strict electrodynamic theory of excitation axially symmetrical Eoimodes of non-regular waveguide by electron beam is offered. In this work the optimal variants of TWT with large radius electrodynamic system with multimode (E01+E02 and Eoi+Eo2+ E03) interaction are investigated on base of model [4].

II.       Mathematical model

In accordance with paper [1] the electrodynamic system as non-regular waveguide has internal radius (in steps }J2n) (1), nv amount of ring grooves, L0length of interaction area, h(z)

–     distribution of groove depth along interaction area, Д, = v0/с, v0 start speed of electrons, r0radius of beam,

l0[a]beam current, r\ efficiency of interaction, Ku[dB] coefficient of amplification.

III.       Results of optimization

Variant 1: regular TWT, modes E0i, E02, E03: Po = 0.9, Lo = 56.97, nv = 33, r0 = 8.33, b0 = 9.56, h = 1, l0=5000 A, r| = 32%, Ku = 41 dB. Variant 2: non-regular TWT, modes E01, E02, Е0з: Po = 0.9, Lo = 57.47, nv = 36, r0 = 8.33, b0 = 9.56, h(T), l0=5000 A, r| = 52%, Ku = 45 dB. Variant 3: regular TWT, modes E01, E02: Po = 0.9, Lo = 47, nv = 30, Го = 4.35, b0 = 6, h = 1, l0=5000 A, r| = 26%, Ku = 50 dB. Variant 4: non-regular TWT, modes E0i, E02: Po = 0.9, Lo = 47, nv = 30, r0 = 4.35, b0 = 6, h(T), l0=5000 A, r| = 42%, Ku = 54 dB.

IV.      Conclusion

The overall efficiency reaches 52% in non-regular TWT with three-mode interaction and 42% in TWT with two-mode interaction, whereas in case of regular TWT the overall efficiency reaches 33% and 26% respectively. Thus, the non-regular structure of waveguide and co-operation of the modes allow increasing the overall efficiency of interaction in relativistic TWT with large-radius corrugated waveguide as slowing system.

Аннотация на основе общей теории возбуждения нерегулярного коаксиального гофрированного волновода [1] получена математическая модель и разработана программа для оптимизации параметров ЛЕВО на азимутально симметричной комбинированной Е01+Т волне. Выполнены расчеты указывают на перспективность такой ЛБВ, показано, что для регулярного гофра достигается КПД 50% при ро=0.8 (v0=345 кВ), 10=310 А.

I. Введение

В работах [2,3,4] построена математическая модель ЛБВ-0 на основной рабочей квази-Т волне нерегулярного коаксиального гофрированного волновода и продемонстрирована ее перспективность как эффективного (КПД до 70 %) усилителя и генератора с напряжением и током пучка в диапазоне v0 = 80 ЗООкВ, /0 = 200 800А .

Однако с ростом рабочей частоты для обеспечения условий реализуемости и канализации достаточно большой выходной мощности требуется переход на сверхразмерные волноводы и многомодовый режим взаимодействия .

В настоящем докладе построена математическая модель и выполнены предварительные расчеты оптимальных режимов ЛБВ-0 на рабочей гибридной моде Eoi+T.

I.  Математическая модель

Схема коаксиальной ЛБВ-0 приведена на рис. 1.

Рис. 1 Fig. 1

Профиль гофра задается в виде (в единицах Л/2ТТ)

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты