НЕЛИНЕЙНЫЙ РЕЖИМ ГЕНЕРАЦИИ В КОАКСИАЛЬНОЙ ГИРО-ЛОВ С НАРАСТАЮЩИМ ПРОДОЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

January 9, 2013 by admin Комментировать »

Бородкин А. В., Сотников Г. В., Онищенко И. Н., Хоружий В. М. ННЦ «Харьковский физико-технический институт» ул. Академическая, 1, г. Харьков 61108, Украина

Аннотация – Рассмотрен нелинейный режим генерации в гиро-ЛОВ с продольно нарастающим магнитным полем. Показано, что зто дает возможность увеличить кпд генератора приблизительно в два раза (с 11 % до 20 %).

I.                                       Введение

Эффективным средством для генерации мощных ВЧ-колебаний в диапазоне см и мм длин волн является гиро-ЛОВ. Генерация ВЧ-колебаний происходит при взаимодействии электронного пучка с обратной волной, возбуждаемой в волноводе, помещенном в продольное магнитное поле при выполнении условий нормального эффекта Допплера. Исследования нелинейного режима генерации ВЧ-колебаний в гиро- ЛОВ представлены в [1-5].

В докпаде будет исследована зависимость кпд гиро-ЛОВ генератора, на основе коаксиального волновода от степени линейного нарастания продольного магнитного поля. Показано, что нарастание продольного магнитного поля Но вдоль координаты ζ обеспечивает более эффективную генерацию мощности ВЧ-излучения коаксиальной гиро-ЛОВ.

II.                              Основная часть

Рассмотрим коаксиальный волновод, образованный двумя соосными цилиндрами длины L и радиусами а и Ь (а>Ь). На вход ζ=0 инжектируется кольцевой электронный монохроматический пучок с начальной           функцией             распределения

, где пь- плотность электронного пучка, Рхо.Рцо" начальный поперечный

и продольный импульс, соответственно. Система находится в линейно нарастающем постоянном продольном магнитном поле, Как из

вестно, наиболее эффективное взаимодействие электронного пучка с собственной модой волновода происходит, когда электронный пучок находится в циклотронном резонансе

Для описания данного взаимодействия электронного пучка с обратной ΤΕοι-волной коаксиального волновода, воспользуемся уравнениями Максвелла для отличных от нуля компонент электромагнитного поля Е^, Н^., и уравнениями движения частиц пучка в

лагранжевых переменных.

Численные исследования полученных ранее нелинейных уравнений [4,5] проводились здесь при следующих значениях параметров: частота генерации f=7.7 ГГц, внутренний радиус коаксиального волновода гиро-ЛОВ Ь=3см, внешний радиус а=5см, энергия инжекции полого пучка электронов =511 КэВ (γ=2), внутренний радиус пучка Я?ь/ = 3.9 см, внешний радиус Я?ье = 4.1 см,   =1            и начальное

продольное магнитное поле Н^ = 4.3кЭ. Длина волновода гиро-ЛОВ L=60cm. При этих параметрах волновода и пучка при постоянном продольном магнитном поле (v=0) было найдено, что максимальный усредненный кпд 77 = 0.11 получается при токе пучка /j = 0,6М (рис.1).

Рис. 1. Зависимость кпд η от нормированного времени τ при токе инжекции /^, =0.6кА и ν = 0 . Fig. 1. Dependence of efficiency η vs. normalizing timer under injection beam /^, =0.6kA and и v = 0

Зависимость нормированной амплитуды ВЧ-поля от нормированного времени г на входе генератора (z=0) приведенная на рис. 2 соответствует стохастическому режиму.

Рис. 2. Зависимость нормированной амплитуды ВЧ- поля от нормированного времени τ при токе

инжекции /j, =0. бкА (стохастический режим).

Fig. 2. Dependence of normalizing amplitude \/s.

normalizing time τ under injection beam /^, =0.6kA (chaotic regime)

Затем были проведены численные исследования при заданном токе пучка = 0,6kA по увеличению кпд при линейном росте продольного магнитного поля (ν > 0). Было найдено, что наибольшее увеличение кпд происходит при V = 0.3 . На рис.З приведена зависимость кпд от времени в этом случае. Среднее значение величины кпд составляет η =0.2.

Зависимость нормированной амплитуды ВЧ-поля С от нормированного времени г на входе генератора (ζ=0) приведенная на рис. 2 теперь соответствует режиму автомодуляции (но не стохастическому режиму, как при ν =0)

Fig. 3. Dependence of efficiency η vs. normalizing timer under injection beam /^, =0.6kA and и v = 0.3

Рис. 3. Зависимость кпд η от нормированного времени τ при токе инжекции /^, =0.6кА и ν = 0.3.

Puc. 4. Зависимость нормированной амплитуды ВЧ- поля от нормированного времени τ при токе

инжекции /j, =0.6кА (режим автомодуляции).

Fig. 4. Dependence of normalizing amplitude \/s. normalizing timer under Injection beam /^, =0.6 kA (self- modulation regime)

III.                                   Заключение

Проведенные исследования зависимости кпд ги- ро-ЛОВ от степени линейного нарастания продольного магнитного поля показывают наличие максимума кпд, при котором кпд гиро-ЛОВ при 30 % росте поля Hq(z = L)!Hq(z = 0) увеличивается практически вдвое от 77=0.11 до 77=0.2.

IV.                           Список литературы

[1]  гинзбург Н. С., Зарницына Н. Г., Нусинович Г. С. К теории релятивистского мазера на циклотронном авторезонансе с встречной волной. Радиотехника и электроника,

1979, т.24, ВЫП.6, стр. 1146-1152.

[2]  Ganguly, А. К. and Ahn, S., Nonlinear analysis of the gyro- BWO in three dimensions, Intl. J. of Electronics, 1989, 67, N0.2, 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, v.1, pp.111-115, Nizhny Novgorod, Russia, August 1-9.

[4]  Borodl<in, i. Onishchenko, G. Sotnikov, V. Khoruzhiy, Coaxial Gyro-BWO. 2. Nonlinear Theory. УФЖ, 2005, т.50, №11, стр.1230-1236.

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

B.       М. Хоружий. Возбуждение регулярных и стохастических колебаний в коаксиальной гиро-ЛОВ. Успехи современной радиоэлектроники, 2005, № 12, стр.35-45.

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 = 0.3, 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.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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