ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНОЙ В РЕЖИМЕ ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

February 23, 2013 by admin Комментировать »

Хуторян Э. М., Цвык А. И. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина e-mail: khutoryan@ire.kharkov. ua

Аннотация – Проанализировано влияние собственного поля электронного потока в режиме дифракционного излучения на диаграммы направленности и мощность взаимодействия с электромагнитным полем.

I.                                       Введение

Как известно, принцип действия приборов типа ГДИ основывается на дифракционном излучении (ДИ) электронного потока (ЭП), который движется вблизи дифракционной решетки в объеме открытого резонатора (ОР) [1]. Существующая на данный момент теория ГДИ базируется на уравнениях для приборов с поверхностными волнами, где в уравнениях движения учитывается только квазистатическая составляющая собственного поля ЭП. При этом не учитываются такие явления как высвечивание ДИ из объема ОР, радиационное замедление ЭП, дополнительная модуляция ЭП дифракционным излучением и др. В [2] в самосогласованной постановке было рассмотрено движение ЭП над ленточной решеткой при выполнении условия излучения Смита-Парсел- ла, где учет собственного поля ЭП приводит к появлению вытекающих волн.

В данной работе теоретически исследовано взаимодействие ЭП с падающей на решетку электромагнитной волной с учетом собственного поля ДИ (реакция ДИ на ЭП).

II.                              Основная часть

Предполагается, что на неограниченную отражательную дифракционную решетку падает Н- поляризованная электромагнитная волна с «гауссовым» распределением поля. Вблизи поверхности решетки на длине /.движется ЭП (рис.1).

Рис. 1. Исследуемая структура.

Fig. 1. The structure considered

Продольная составляющая собственное поле ЭП в режиме ДИ находится из решения задачи дифракции поля конвекционного тока, который образуется при взаимодействии ЭП с полем поверхностной дифракционной гармоники на «гребенке»

Так, для предварительно модулированного ЭП, движущегося в пространстве дрейфа над «гребенкой» амплитуда медленной волны пространственного заряда (МВПЗ) в ЭП является нарастающей, а быстрой ВПЗ – затухающей [2]. ДН излучения ВПЗ в режиме «чистого» синхронизма представлены на рис.2, где для сравнения штрихом показаны ДН без учета собственного поля ДИ.

Рис. 2. ДН предварительно модулированного ЭП.

Fig. 2. Radiation pattern of the premodulated beam

Зависимости мощности взаимодействия в относительных единицах и средняя скорость ЭП на выходе из пространства взаимодействия для трех различных амплитуд падающего поля показаны на рис.З. (кривые – 1 и 1′ активная мощность взаимодействия с учетом и без учета реакции ДИ; 2 и2′ – средняя скорость ЭП на выходе). Видно, что в линейном случае, при синхронизме с МВПЗ поле ЭП увеличивает конвекционный ток и мощность взаимодействия, а при синхронизме с БВПЗ – уменьшает. При v~g =Vqзначение Р <0 , т. е. существуют потери на нерезонансное излучение. При увеличении амплитуды поля происходит дополнительное торможение ЭП за счет потерь на нерезонансное излучение и выход ЭП из синхронизма с полем, что уменьшает эффективность взаимодействия.

III.                                    Заключение

Установлено влияние (реакция) ДИ на изменение скорости ЭП, конвекционный ток, мощность взаимодействия и формирование диаграммы направленности излучения.

IV.                             Список литературы

1.   генераторы дифракционного излучения./под ред.

В.        П. Шестопалова – Киев: Наук. Думка, 1991. 317 с.

2.   Палоч И., Олинер А. Самосогласованная теория Черен- кова и Смита-Парселла // Квазиоптика. Избр. Докл. На междунар. Симп. – М.: Мир, 1966. С.167-168.

SPECIFIC FEATURES OF ELECTRON BEAM INTERACTION WITH ELECTROMAGNETIC WAVE IN DIFFRACTION RADIATION MODE

Рис. 3. Зависимости мощности взаимодействия ЭП с электромагнитной волной на решетке от скорости ЭП.

E.                             M. Khutoryan, A. I. Tsvyk The A. Ya. Usikov’s IRE NAS of Ukraine 12, Ak. Proskury str, Kharkov, 61085, Ukraine

Abstract – Radiation pattern and electromagnetic field interaction power have been analyzed depending on the electron beam proper field in diffraction radiation mode.

I.                                         Introduction

Based on the equations of surface-wave devices, contemporary DRO theory does not consider such phenomena as diffraction radiation «leakage» out of OR volume, electron beam radiation deceleration, beam supplementary bunching by diffraction radiation, etc. [1]. In [2], the self-consistent problem of electron beam motion over diffraction grating has been solved in terms of the Smith-Purcell radiation condition.

In the present work, electron beam interaction with the grat- ing-incident electromagnetic wave has been theoretically studied in view of the diffraction-radiation proper field (electron beam response to diffraction radiation).

II.                                        Main Part

Assume that H-polarized Gaussian wave falls on infinite reflection diffraction grating skimmed by electron beam over length L (Fig.1).

Longitudinal component of the electron beam proper field in diffraction radiation mode is obtained by solving the task of convection current field diffraction. This current appears as the electron beam interacts with the field of the surface diffraction harmonic on the «comb».

Radiation patterns of the space charged (SC) waves in «pure» synchronism mode are shown in Fig. 2 Interaction power in dimensionless units and the average velocity of the electron beam as it leaves the interaction space are plotted in Fig.3 for three different amplitudes of the incident field, where 1, 1′ and 2, 2′ are interaction power and average velocity with/without taking into account response to Smith-Purcell radiation. In the linear case interaction power is increased by electron beam. In the case of synchronism with fast SC waves, interaction power falls. At Va^Vo, P< 0. As the field amplitude increases, the electron beam is additionally retarded in view of nonresonant radiation loss. The beam falls out of synchronism with the field, and the interaction efficiency decreases.

III.                                       Conclusion

The response of the diffraction radiation to the beam velocity, convection current, interaction power, and the radiation pattern shape have been investigated in this paper.

Fig. 3. Power of electron beam interaction with electromagnetic wave on the grating versus electron beam velocity

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