Разработка Программы "lbv-multimode" для расчета процесса усиления электромагнитных волн электронным пучком в многомодовом режиме

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Учебная программа по дисциплине теория и техника антенн толмачев А. И. Врезультате, 52.61kb.
• Урок по физике 11-го класса: "Свойства электромагнитных волн, распространение, 96.99kb.
• Преобразование электромагнитных волн в поле ускорений, 96.14kb.
• Б. М. Явление электромагнитной индукции при изучении электромагнитных волн, 48.02kb.
• Свойства электромагнитных волн. Распространение и применение электромагнитных волн, 186.43kb.
• Программа учебной дисциплины «Распространение электромагнитных волн в плазме» Специальности, 82.76kb.
• Свойства электромагнитных волн. Распространение и применение электромагнитных волн, 96.37kb.
• Тематический план лекций, 10.12kb.
• Некоторые биофизические аспекты влияния миллиметровых волн на течение язвенной болезни, 88.41kb.
• Урок по теме: "Человек в мире электромагнитных излучений", 115.86kb.

Н.Е. РОЗАНОВ

Московский радиотехнический институт Российской академии наук


Разработка Программы "lbv-multimode"

для расчета процесса усиления

электромагнитных волн электронным пучком

в многомодовом режиме


Приведено описание разрабатываемой программы “LBV-multimode” для расчета процесса усиления электромагнитных волн электронным пучком в лампах бегущей волны (ЛБВ) в многомодовом по частоте режиме. Указаны ее возможности и отличия от программы “LBV-2.5D” [1], работающей в одномодовом режиме.


Одним из важнейших этапов при разработке и создании ЛБВ является расчет взаимодействия электронного пучка с электромагнитными волнами. В связи с этим была создана [1] программа "LBV-2.5D" для расчета ЛБВ на основе замедляющей структуры (ЗС) типа цепочки связанных резонаторов, обладающая возможностями, отсутствующими в известных аналогичных программах. Она рассчитывает периодические во времени (с заданной частотой) процессы в приборе, основными элементами которого являются инжектор, замедляющая структура, электронный пучок, фокусирующая магнитная система, предколлектор и коллектор. Замедляющая структура рассчитываемого прибора представляет собой несколько секций, чередующихся с секциями развязки. Каждая секция может отличаться фазовой скоростью (замедлением) волны, сопротивлением связи, затуханием, геометрическими размерами (радиусы канала для пучка и резонатора, период ЗС и длина зазора между трубками дрейфа).

Электронный пучок представляется набором макрочастиц, распределенных по радиусу канала и периоду СВЧ поля, и описывается уравнениями их движения. Эти уравнения учитывают влияние поля электромагнитной волны, фокусирующего магнитного поля и поля пространственного заряда пучка. Распределение характеристик пучка полагается однородным по азимуту, но учитываются все три компоненты скорости частиц (2.5-мерная модель). В плоскости инжекции пучка в область взаимодействия с ВЧ волной задается произвольное радиальное распределение плотности тока пучка, радиальной и азимутальной скоростей, а также его энергии, учитывающее провисание статического потенциала пучка. Поле ВЧ пространственного заряда представляется в виде суммы гармоник по частоте, амплитуды которых зависят от радиальной координаты и находятся путем решения дифференциального уравнения второго порядка по радиусу, получающегося из уравнений Максвелла. Учет влияния статического (кулоновского) поля пространственного заряда пучка осуществляется решением уравнения Пуассона в длинноволновом приближении.

Программа "LBV-2.5D" хорошо зарекомендовала себя, позволив рассчитать, разработать, создать и интерпретировать результаты испытаний серии мощных компактных широкополосных ЛБВ, работающих в нескольких частотных диапазонах в непрерывном режиме [2, 3]. Однако работа созданных ЛБВ в широкой полосе частот требует учета взаимодействия одновременно усиливаемых волн с разными частотами (мод) между собой. Это взаимодействие осуществляется вследствие нелинейных эффектов в динамике электронного пучка, возникающих при его модуляции СВЧ волнами большой мощности. Эти же нелинейности приводят к генерации высших кратных гармоник тока пучка, которые можно использовать для получения большой СВЧ мощности на кратных частотах.

Для расчета указанных процессов разрабатывается программа “LBV-multimode”, которая описывает многомодовые процессы в описанных ЛБВ. В основе физико-математической модели лежит предположение о периодичности процессов во времени с некоторой несущей частотой Δω, в несколько раз меньшей частот усиливаемых волн. При этом все поля представляются в виде суммы волн с частотами, кратными несущей частоте. Таким образом, программа позволит описывать волновые пакеты с набором частот, отстоящих друг от друга на Δω. При уменьшении этой частоты становится возможным описание процессов, все более приближающееся к описанию непрерывного спектра. Очевидно, что для их расчетов требуются мощные современные компьютеры. Способы описания остальных особенностей изучаемых ЛБВ аналогичны методам, использованным при написании программы "LBV-2.5D".


Список литературы


1.Н.Е.Розанов. Программа LBV-2.5D для расчета процесса усиления электромагнитных волн электронным пучком. Научная сессия МИФИ-2002. Сб. научных трудов. М.: МИФИ, 2002. Т.7. С.124-125.

2. В.М.Белугин, А.Е.Васильев, В.В.Ветров, Н.Е.Розанов. Разработка, методы расчета и создание широкополосных ламп бегущей волны для непрерывного режима работы. Препринт 2005-03. М., МРТИ РАН, 2005. 20 с.; Научная сессия МИФИ-2006. Сб. научных трудов. М.: МИФИ, 2006. Т.7. С.189-190.

3. В.М.Белугин, А.Е.Васильев, В.В.Ветров, Н.Е.Розанов. Создание мощных широкополосных непрерывных ламп бегущей волны для передающих устройств. Препринт 2007-02. М., ФГУП «МРТИ РАН», 2007. 29 с.; Научная сессия МИФИ-2008. Сб. научных трудов. М.: МИФИ, 2008. Т.7. Доклад на данной сессии.