УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ КОЛЕБАНИЙ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ДВУХПОТОКОВОМ ВИРКАТОРЕ

January 22, 2013 by admin Комментировать »

Ремпен И. С., Храмов А. Е. Саратовский государственный университет (СГУ) ул. Астраханская, 83, а. Саратов, 410012, Россия Тел.: (8452)514294, e-mail: rempen@nonlin.sgu.ru

Аннотация – В работе рассматривается возможность управления выходными характеристиками системы, представляющей из себя два электростатически связанных вир- катора. Наиболее интересным с точки зрения управления является режим взаимной синхронизации виркаторов.

I.                                       Введение

Вопросы управления колебаниями в распределенных активных средах являются весьма актуальными И вызывают большой интерес современных исследователей. Особенно важными являются такие задачи для систем сверхвьюокочастотной электроники, так как решение их связано с поиском путей управления выходными характеристиками СВЧ устройств [1-2]. Параллельной задачей является повышение уровня ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКОВ СВЧ излучения. В связи с этим внимание исследователей привлекает возможности создания фазированных антенных решеток на СВЧ устройствах большой МОЩНОСТИ. В качестве модулей подобных решеток было предложено использовать генераторы на виртуальном катоде (виркаторы) (см, например, [3,4]).

Рис. 1. Зависимость режимов, наблюдаемых в виркаторе, от параметров Пирса обоих пучков.

Fig. 1. Regime тар for vircators depending on Pierce parameters of two electron beams

Возможности технического использования генераторов на виртуальном катоде в качестве модулей антенных решеток тесно связаны с проблемой разработки простых И эффективных методов управления характеристиками генерации данных приборов. Решение этого вопроса требует детального исследования физических процессов, протекающих в электронном потоке С виртуальным катодом. Как показывают исследования (например, [1], [2], [5]), особенности динамики В такой системе определяются формированием И взаимодействием сложных электронных структур В потоке. Внешнее воздействие оказывает сильное влияние на процессы структурообразования В потоке С виртуальным катодом и, как следствие, на характеристики генерации виркатора.

II.                              Основная часть

Саратов – В настоящей работе рассмотрена мо- дель системы, представляющей из себя два ускорителя, каждый ИЗ которых формирует электронный ПОТОК. Электронные потоки направлены навстречу друг другу, И В каждом из них формируется виртуальный катод [1]. Рассматриваемая модель представляет ИЗ себя два электростатически связанных диода (двухпотоковый виркатор) [4]. Особенный интерес к рассматриваемой системе вызван также отсутствием внешних элементов связи, что делает прибор конструктивно более простым.

Два электронных потока распространяются навстречу друг другу между двумя бесконечными плоскими коротко замкнутыми плоскостями, находящимися на расстоянии L друг от друга (плоская диодная модель).

В ПЛОСКОМ ДИОДНОМ промежутке с электронным ПОТОМ, распространяющимся в одном направлении, при значении основного управляющего параметра – параметра Пирса а = 4/3 однопотоковое состояние становится неустойчивым [2] и в пучке образуется виртуальный катод, частота колебаний которого может быть оценена как ύλ/ο^2ωρ [5].

Без нейтрализации пространственного заряда ИОННЫМ фоном пролетный ток в диоде в режиме с виртуальным катодом достаточно мал [1], поэтому мы рассматриваем исследуемую систему как два электростатически связанных виркатора.

Каждый электронный поток представляется совокупностью заряженных листов, для каждого из которых решаются нерелятивистские уравнения движения:

где х\]л v\- соответственно координата и скорость /-го листа, /=1.. Л/, φ(χ)— потенциал поля пространственного заряда.

Для нахождения поля пространственного заряда В электростатическом приближении решается уравнение Пуассона.

Ha рис. 1 приведена карта динамических режимов исследуемой системы на плоскости параметров ,

■ При малых значениях параметров, после критического значения и возбуждения колебаний, в обоих виркаторах наблюдается сильно хаотическая динамика, при этом в спектрах мощности колебаний обоих виртуальных катодов можно наблюдать пик основной собственной частоты, зависящей от параметра Пирса, на фоне высокого шумового пьедестала.

С увеличением одного из параметров Пирса, при небольшом значении второго, можно получить широкий набор сложных режимов – слабохаотического, с преобладанием в спектре обеих собственных частот, квазипериодического, режима квазисинхронизации и других. В случае, когда параметры обоих пучков, различаются не сильно, в системе имеет место режим взаимной синхронизации. В работе показана связь между колебательными режимами в обоих виркаторах и видом сложных электронно-волновых структур, имеющих место в электронном потоке. Показано, что степень хаотизации колебаний связана с увеличением энергии вторичных структур по отношению к основной структуре потока – виртуальному катоду.

III.                                  Заключение

Таким образом, в работе показано, что в двухпотоковом виркаторе в режиме синхронизации существует возможность управления разностью фаз между сигналами в каждом из модулей, а, следовательно, регулировки уровня мощности выходного сигнала. Именно этот режим наиболее интересен с точки зрения применения рассматриваемой системы в качестве модуля антенной решетки.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты 05- 02-16273), Программы поддержки ведущих научных школ РФ (НШ-4167.2006.2).

IV.                           Список литературы

[1]  ТрубецковД. И., Храмов А. Е.. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. Т.1. М.: Наука. Физматлит, 2003.

[2]  High Power IVIicrowave Sources / Ed. by V. L. Granatstein and I. Alexeff. – Boston: Artech House, 1987.

[3]  P. Knight. Synthesizing The Radiation Pattern of Ring Aerial. Industrial Electron., 1963, V. 1, No. 10, pp. 538-543.

[4]  Woo W. et al // J. Appl. Phys. 65 (1989) 861.

[5]  Hendricks Κ., Richard A., Noggie R.ll J. Appl. Phys. 68 (1990) 820.

[6]  Диденко A. H. Ращиков В. И. Физика плазмы. 1992 Е.18. С. 1191.

ELECTRON BEAM OSCILLATIONS CONTROL IN DOUBLE-STREAM VIRCATOR

Rempen I. S., Hramov A. E.

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str, Saratov, 410012, Russia

Ph.: (845-2)514294, e-mail: rempen@nonlin.sgu.ru

Abstract – Presented in this paper are different modes of double-stream vircators and the possibility of their control. The most interesting mode, from the point of practical application, is co-synchronization.

I.                                         Introduction

The problem of dynamics control in high-power electronics is actual and because it is bounded with output signal output characteristics [1, 2]. Another problem is the increasing of generated signal power. Thus, the researches’ attention is attracted by the possibilities of phased arrays installation on high-power microwave devices. Generators on virtual cathode can be used as array modules [3, 4].

II.                                        Main Part

The model considered consists of two accelerators. Each accelerator is forming an electron beam. The beams are directed towards each other and in each of them virtual cathode is formed (double-stream vircator). The systems have no external coupling elements. Transit current without neutralizing ion background is rather small and the system can be considered as two electrostatically coupled vircators. Electron beams are described by the set of charged particles (planes), and for each of them non-relativistic motion equations are solved. Electromagnetic field is found from Poisson equation.

In Fig. 1 regime map of the system, depending on Pierce

parameters of electron beams , a2 is shown. When the parameters’ values are small, but larger than the critical value a = 4 / 3 corresponding to the appearance of virtual cathode (whose autonomous oscillation frequency is вл/с~2юр), both vircators demonstrate strongly chaotic dynamics, that is obvious from the output signals spectra.

When at least one of Pierce parameters increases and the other remains small, the system demonstrates a wide set of complex regimes (regular, quasiperiodical, weakly chaotic, the so-called quasi-synchronization [1], etc.). In the case when Pierce parameters of both electron beams differ no more than 20 %, the regime of co-synchronization occurs. Described in this paper is the dependence between oscillation characteristics (frequency, power, exit spectrum) in both vircators and the shape of complex electron-wave structures in the electron beams. It is shown that the extent of oscillations chaotization is caused by increasing of secondary structures energy in relation to the primary structure of the electron beam (virtual cathode).

III.                                       Conclusion

The possibility of output signal characteristics control in double-stream vircator is shown. The control is carried out by correcting the phase difference in both modules.

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