авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Борисович е методы повышения мощности излучения низковольтных черенковских генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона

На правах рукописи

МАХАЛОВ П тр Борисович е МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЧЕРЕНКОВСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА 01.04.03 — радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание уч ной степени е кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород — 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки (ФГБУН) Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН, г. Нижний Новгород) Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор В.Л. Братман ИПФ РАН, Нижний Новгород Официальные оппоненты доктор физико-математических наук С.В. Самсонов ИПФ РАН, Нижний Новгород кандидат физико-математических наук Г.Д. Богомолов ФГБУН Институт физических проблем им. П.Л. Капицы Российской академии наук (ИФП РАН, Москва) Ведущая организация ФГБУН Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (ИРЭ РАН, Москва)

Защита состоится «21» октября 2013 года в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 002.069.02 в Институте прикладной физики РАН (603950 г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики Российской академии наук.

Автореферат разослан «21» сентября 2013 года Уч ный секретарь диссертационного совета е доктор физико-математических наук, профессор Ю. В. Чугунов

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации Когерентное электромагнитное излучение миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн используется для широкого круга различных приложений, включая спектроскопию и диагностику различных сред и объектов, системы свя зи, радары, обработку и спекание различных материалов, нагрев плазмы в уста новках управляемого термоядерного синтеза и многие другие. В связи с разнооб разием приложений велик и диапазон требований, предъявляемых к источникам коротковолнового излучения [1]. Для большинства спектроскопических методов достаточно излучения с малой мощностью, от долей нановатта до милливатт, для получения которого используются, как правило, твердотельные приборы, работа ющие на классических (в миллиметровом диапазоне) или квантовых (в терагер цовом диапазоне) принципах. Для нагрева плазмы в установках УТС, где тре буются десятки мегаватт непрерывной мощности на частотах от 70 до 300 ГГц, используются мазеры на циклотронном резонансе (МЦР) — гиротроны [2–4]. В то же время в качестве источников миллиметрового и субмиллиметрового излу чения средней мощности используются преимущественно классические электро вакуумные СВЧ-приборы О-типа, в первую очередь лампы бегущей (ЛБВ) [5] и обратной (ЛОВ) [6, 7] волны, основанные на черенковском взаимодействии пря молинейных электронных потоков с медленными электромагнитными волнами или медленными пространственными гармониками волн в металлических пери одических структурах. В области их применимости основным преимуществом перед гиротронами является отсутствие необходимости использования дорогих сверхпроводящих криомагнитов.

В настоящее время черенковские приборы позволяют получать когерентное электромагнитное излучение во всем миллиметровом диапазоне и в значитель ной части субмиллиметрового диапазона (до длин волн около 0,2 мм). Наиболее высокочастотными приборами с медленными волнами являются низковольтные (до 6 кВ) лампы обратной волны [7, 8], способные работать на частотах до 1, — 1,5 ТГц. Эти компактные, перестраиваемые напряжением в широком частотном диапазоне генераторы очень широко используются в спектроскопии. Мощность этих ЛОВ составляет от сотен милливатт в длинноволновой части миллиметро вой области спектра до нескольких милливатт на частоте 1,4 ТГц.

В миллиметровом диапазоне наиболее распространенным черенковским при бором является, по-видимому, лампа бегущей волны (ЛБВ), что связано с вос требованностью усилителей средней мощности для систем космической связи и радаров.

Значительные сложности, возникающие при увеличении рабочей частоты че ренковских генераторов, связаны в первую очередь с уменьшением поперечных размеров периодических электродинамических структур и пространства взаимо действия. Действительно, характерные размеры электродинамической структуры ограничены сверху величиной, приблизительно равной половине длины волны, в противном случае возникающая конкуренция мод может перевести генератор в нестационарный режим работы. Уменьшение поперечных размеров приводит к необходимости увеличения плотности рабочего тока. В результате для низко вольтных субмиллиметровых приборов черенковского типа требуемые плотности тока составляют десятки и даже сотни ампер с квадратного сантиметра [9, 10].

В то же время в наиболее распростран нных современных ленточных катодах е плотность эмиссии, как правило, ограничена величиной 5–50 A/см2 [11].

Одним из приборов, в котором описанные трудности могут быть частично преодолены, является оротрон [12–16]. Основная особенность оротрона, отлича ющая его от традиционных усилителей и генераторов с замедленными волнами, заключается в наличии эффективной селекции поперечных мод, которая обеспе чивается открытым резонатором. Благодаря этому поперечный размер электро динамической системы и электронного пучка в оротроне (в направлении, пер пендикулярном движению электронов и нормали к поверхности замедляющей структуры) может быть много больше длины рабочей волны. На коротких мил лиметровых и субмиллиметровых волнах это обстоятельство может обеспечить достижение существенно большей выходной мощности по сравнению с другими черенковскими приборами [14,17,18]. Другим методом селекции поперечных мод, также позволяющим увеличить поперечный размер пространства взаимодействия в черенковских приборах, может быть использование поперечной дифракции по верхностной волны [19–21].



Следующей фундаментальной трудностью, ограничивающей мощность черен ковских генераторов в субмиллиметровом диапазоне, является увеличение при жатости рабочей волны к поверхности замедляющей системы (к границам кана ла, по которому движутся электроны, в случае цепочки связанных резонаторов) при росте частоты. Традиционным выходом, позволяющим смягчить эту пробле му, является использование в черенковских приборах сложных периодических структур, например, многорядных и многоштыревых [7, 8, 17]. Другим извест ным способом преодоления проблемы прижатости волны является использование такого режима, в котором электронный пучок наклонен под небольшим углом к замедляющей структуре [14,22–24]. В такой системе каждый из электронов «тол стого» пучка постепенно приближается к поверхности периодической структуры и все частицы находятся примерно в одинаковых условиях. При этом амплиту да поля синхронной СВЧ-гармоники, действующей на электрон, нарастает, и в определенный момент частица оказывается в области сильного поля, что позво ляет более эффективно использовать ток пучка. Этот принцип лежит в основе разновидности лампы обратной волны, получившей название «клинотрон» [23].

Ещ одним подходом, позволяющим увеличить рабочую частоту генератора, е распростран нным как в твердотельной, так и в вакуумной электронике, является е получение высоких гармоник низкой частоты. Речь ид т не только об использова е нии умножителей частоты, возбуждаемых внешним сигналом, но и о самовозбуж дающихся устройствах с преобразованием частоты внутри объ ма генератора. В е вакуумной электронике нелинейной средой, обеспечивающей умножение частоты, является электронный пучок, а высокочастотная волна излучается электронными сгустками, сгруппированными самовозбуждающейся низкочастотной волной (см., например, [25]). Использование режимов умножения частоты в вакуумной элек тронике, в частности, позволяет существенно снизить рабочую плотность тока, что особенно важно в субмиллиметровом диапазоне. В умножителе с коэффици ентом умножения n теоретически возможна работа при токе, в n2 раз меньшем, чем стартовый ток прибора на высокой частоте.

Более мощные, по сравнению с низковольтными ЛОВ, оротронами и кли нотронами, черенковские приборы миллиметрового диапазона основаны на ис пользовании аксиально-симметричных электронных пучков с ускоряющим напря жением в несколько десятков киловольт. Максимальная мощность этого класса приборов в непрерывном режиме (или средняя мощность в импульсном режиме) получена при использовании нитевидных электронных пучков и электродинами ческих систем в виде изогнутого волновода или цепочки связанных резонаторов и составляет около 1,5 кВт на частоте 35 ГГц [26], 400 Вт на частоте 94 ГГц [27] и единицы ватт на частоте 220 ГГц [28]. Наиболее высокочастотная ЛБВ, ра ботающая на частоте 650 ГГц, продемонстрировала выходную мощность около 100 мВт [29]. Важную альтернативу нитевидным пучкам составляют тонкостен ные электронные пучки: плоские ленточные пучки [30] в планарных замедляю щих системах и трубчатые электронные пучки в осесимметричных системах [31].

В частности, трубчатая форма электронного пучка обеспечивает возможность проведения вблизи гофрированной периодической структуры значительно боль шего полного тока при сохранении плотности тока и той же тепловой нагрузке на стенки. Схемы с трубчатыми сильноточными электронными пучками широ ко используются в релятивистских черенковских приборах [32–38];

кроме этого, трубчатые пучки использовались ранее при создании импульсных нерелятивист ских приборов О-типа сантиметрового [39] и длинноволновой части миллимет рового [40] диапазонов. В настоящее время в ряде лабораторий исследуются возможности повышения мощности приборов О-типа коротковолновой части мил лиметрового диапазона.

Цели диссертационной работы Целью настоящей диссертационной работы является детальное исследование ме тодов увеличения эффективности низковольтных черенковских генераторов мил лиметрового и субмиллиметрового диапазона: исследование клинотронного режи ма в оротроне и в нерезонансной ЛОВ;

исследование оротронного самовозбуж дающегося умножителя частоты, а также вопросов, связанных с конкуренцией поперечных мод в оротронных умножителях и в черенковских генераторах;

экс периментальная демонстрация оротронного умножителя частоты;

теоретическое исследование черенковских генераторов с трубчатыми электронными пучками, оптимизация их параметров и подготовка эксперимента в тр хмиллиметровом е диапазоне длин волн. В рамках этих задач в настоящей работе:

• Построена нелинейная теория оротрона, работающего в клинотронном ре жиме.

• Теоретически исследован клинотронный режим в нерезонансной ЛОВ.

• Построена теория самовозбуждающегося оротронного умножителя частоты.

• Исследована синхронизация излучения от отдельных фракций широкого электронного пучка при дифракции поверхностной волны и при исполь зовании открытого резонатора.

• Получена генерация в самовозбуждающемся оротронном умножителе ча стоты.

• Теоретически исследованы слаборелятивистские черенковские генераторы средней мощности коротковолновой части миллиметрового диапазона с труб чатыми электронными пучками;

рассчитаны привлекательные варианты ге нераторов, рассчитаны и изготовлены электродинамические структуры для эксперимента в тр хмиллиметровом диапазоне.

е Научная новизна работы • Исследована временная динамика нерезонансной ЛОВ с наклонным элек тронным пучком в нелинейном режиме.

• Построена нелинейная теория оротрона с наклонным электронным пучком;

исследовано влияние высокочастотного пространственного заряда.

• Предложен и впервые продемонстрирован в эксперименте самовозбуждаю щийся оротронный умножитель частоты на –моде. Построена теория этого прибора. Исследованы возможности использования широких электронных пучков.

• В рамках квазиоптического приближения исследована динамика поверх ностной волны, возбуждаемой приповерхностным нерелятивистским элек тронным пучком. Теоретически показана возможность эффективной селек ции поперечных поверхностных мод в этой системе.

• Теоретически исследована возможность создания эффективных нереляти вистских черенковских источников коротковолновой части миллиметрово го диапазона (лампы обратной волны, оротрона, умножителя частоты) с тонкостенными осесимметричными электронными пучками и электроди намической системой в виде отрезка волновода с гофрированной поверх ностью. Разработаны проекты источников тр хмиллиметрового диапазона е длин волн, способные обеспечивать выходную мощность излучения до 1 кВт в непрерывном режиме.

Научно-практическая ценность работы Полученные в процессе выполнения работы могут использоваться при разработке низковольтных черенковских генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Результаты, представленные в работе, использовались в ИПФ РАН при выполнении грантов РФФИ (10-02-92604-КО-а, 09-02-00637-а, 07-02-01158 а, 06-02-16431-а, 12-02-31722-мол-а).

Результаты диссертации могут быть использованы в ИПФ РАН, ИРЭ РАН, ННГУ, ОИЯИ, ИОФ РАН, ИЯФ СО РАН, ИСЭ СО РАН, ЗАО НПП «Гиком» и других организациях.

Апробация результатов работы В общей сложности по теме диссертации опубликовано 9 статей в ведущих рос сийских и зарубежных журналах, входящих в список ВАК, а также 18 докладов в трудах и сборниках отечественных и международных конференций.

Результаты диссертационной работы докладывались на внутренних семинарах Института прикладной физики (ИПФ РАН), а также на следующих российских и международных школах и конференциях: Школа «Волны», Звенигород, Москов ская область, 2006 и 2009;

XIII Школа молодых уч ных «Актуальные проблемы е физики» РИИС ФИАН, Москва, 2010, Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, Нижний Новгород, 2007, 2008, 2009, 2013, 18-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекомму никационные технологии» («КрыМиКо»), Севастополь, 2008, 6th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves, Харьков, Украина, 2007, International Symposium «Terahertz radiation: generation and application», Siberian Synchrotron radiation center, Ново сибирск, 2010, International Workshop «Terahertz and Mid Infrared Radiation: Basic Research and Practical Applications» (TERA-MIR), Marmaris, Turkey, 2009, 35th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW THz), 2010, 8th International Workshop «Strong microwaves and terahertz waves:

sources and applications» (SMP-2011), Nizhniy Novgorod — St. Petersburg, Russia, July 9-16, 2011, 4th Euro-Asian Pulsed Power Conference and 19th International Conference on High-Power Particle Beams, Karlsruhe, Germany, September 30 – October 4, 2012.

Личное участие автора в получении опубликованных результатов Основные результаты, представленные в диссертации и вошедшие в работы [a1 a27], получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии.

Теоретические исследования проводились автором при консультативной поддерж ке со стороны научного руководителя и соавторов совместных работ. Большая часть численных расчетов выполнена автором диссертации. Экспериментальное исследование оротронного умножителя частоты (п. 2.3 диссертации) было выпол нено совместно с соавторами [a7,a18]. Постановка задач, обсуждение и интерпре тация результатов проводилась совместно с научным руководителем и соавторами совместных работ.

Структура и объ м диссертации е Диссертация состоит из введения, тр х глав, заключения и двух приложений.

е Объ м работы составляет 164 страницы, включая 96 иллюстраций и список ли е тературы из 114 наименований.

Положения, выносимые на защиту 1. Согласно построенной нелинейной теории, использование клинотронных ре жимов в оротроне коротковолновой части миллиметрового и субмиллимет рового диапазонов позволяет существенно увеличить эффективность гене рации и интегральную мощность прибора по сравнению с традиционном режимом. В нерезонансной ЛОВ использование клинотронного режима поз воляет увеличить нормированный КПД и существенно отодвинуть границу режимов стационарной генерации и автомодуляции;

нормированный КПД нерезонансного ЛОВ-клинотрона оказывается выше, чем в традиционном режиме, но ниже, чем в резонансном клинотроне.

2. Предложенный cамовозбуждающийся оротронный умножитель частоты, ос нованный на совместной генерации низкочастотной поверхностной волны и высокочастотной моды открытого резонатора, может обеспечить генерацию излучения на более высокой частоте, чем оротрон с теми же параметрами электронного пучка.

3. При возбуждении широким электронным пучком дифракционное расплыва ние поверхностной волны плоской замедляющей системы с глубокой гофри ровкой обеспечивает эффективную селекцию поперечных мод.

4. Возбуждение поверхностной волны планарной периодической структуры плос ким широким электронным пучком в симметричной конфигурации может приводить в нелинейном режиме к стационарной одночастотной генерации поля с несимметричной поперечной структурой.

5. Благодаря большему эффективному току и меньшей тепловой нагрузке, свя занной с осаждением пучка, нерелятивистские источники с трубчатыми электронными пучками с относительно низкой плотностью тока и электро динамическими системами в виде аксиально-симметричных гофрированных волноводов способны обеспечить в коротковолновой части миллиметрового диапазона в непрерывном режиме более высокую выходную мощность, чем приборы с плотными нитевидными электронными пучками.

Краткое содержание работы В первой главе диссертации рассматриваются черенковские приборы О-типа, в которых планарный электронный пучок наклон н под небольшим углом к пе е риодической структуре (рис. 1). Наибольшее распространение среди таких при боров получили резонансные лампы обратной волны [22, 23], разработанные и выпускающиеся в Харькове, в которых, по-видимому, впервые такой режим был специально использован для увеличения мощности. Для этих ЛОВ широко ис пользуется название «клинотрон», поэтому режим работы черенковских приборов с наклонным электронным пучком называется «клинотронным». При движении электрона под углом к периодической структуре расстояние от него до поверх ности структуры уменьшается, при этом увеличивается амплитуда синхронной с электроном медленной гармоники ВЧ поля. В результате частица эффектив но взаимодействует с волной только на небольшом участке траектории, перед осаждением на поверхность замедляющей структуры. Это дает возможность ор ганизовать примерно одинаковые условия электронно-волнового взаимодействия для всех частиц «толстого» пучка, толщина которого значительно превосходит масштаб поперечного спадания медленной гармоники поля.

В начале раздела 1.1 анализируются известные эффекты, приводящие к увели чению КПД и мощности ЛОВ при использовании клинотронного режима. Поми мо более полного использования тока толстого пучка существует также положи тельный эффект, связанный с сокращением длины пространства взаимодействия, что, как известно [41], при соответствующем увеличении рабочего тока может приводить к увеличению электронного КПД. Третий возможный эффект, как счи тается, связан с тем, что поле, действующее на отдельный электрон, имеет более благоприятную пространственную структуру, чем в обычных ЛОВ-генераторах.





Действительно, электроны движутся в экспоненциально нарастающем (к поверх ности) поле, что в принципе способно приводить к существенно более высокому Рис. 1: а) Схема клинотрона;

б) расч тная мощность нерезонансного клинотрона е в зависимости от угла наклона электронного пучка для различной высоты gxmin расположения нижней кромки катода над замедляющей структурой. Жирная линия — стационарный режим генерации, тонкая линия — средняя мощность в режиме автомодуляции.

КПД, чем в случае спадающей к концу пространства взаимодействия структуры поля, характерной для традиционного режима работы ЛОВ [41].

При расч те параметров электронно-волнового взаимодействия в клинотронах е используется, как правило, приближение фиксированной продольной структуры высокочастотного поля [23, 42]. Это приближение оправдано в миллиметровом диапазоне длин волн для наиболее распространенных разновидностей клинотро нов резонансного типа с большими коэффициентами отражения волны от катод ного и коллекторного концов периодической структуры. Однако в субмиллимет ровом диапазоне становятся существенными омические потери в периодической структуре, так что волна успевает существенно затухнуть за круговой пробег вдоль структуры. При этом влияние отражений снижается и в результате про дольная структура СВЧ-поля определяется преимущественно взаимодействием с электронным пучком [a12], [43, 44].

Часть 1.1 настоящей работы посвящена подробному теоретическому исследо ванию клинотрона в недостаточно изученном ранее нерезонансном случае, когда отражения волн от концов структуры отсутствуют или достаточно малы. Для этого случая рассчитываются стартовый ток и мощность клинотрона и опре деляется их зависимость от основных параметров задачи [a12]. Для описания ЛОВ-клинотрона с нефиксированной продольной структурой поля используются нестационарные усредн нные уравнения движения электронов совместно с урав е нением возбуждения волны [6, 45].

Для нерезонансного клинотрона в режиме малого сигнала в рамках прибли жения «безграничного» пучка (когда зона осаждения электронного пучка больше, чем зона, занятая периодической структурой) показано, что угол наклона пучка входит в линеаризованные уравнения точно так же, как и коэффициент за тухания волны, связанный с омическими потерями. Соответственно величина омических потерь и угол входят в выражение для стартового тока аддитивно. Это свойство может быть пояснено при рассмотрении взаимодействия электромагнит ной волны и медленной волны пространственного заряда электронного пучка.

При ненулевом угле наклона с увеличением продольной (вдоль структуры) коор динаты на поверхность структуры непрерывно осаждается наиболее компактно сгруппированная часть пучка, и в то же время е место в области сильного по е ля на большем расстоянии от периодической структуры занимает практически несгруппированный поток частиц, что аналогично затуханию волны модуляции плотности тока с декрементом.

Согласно расч там, в нелинейном режиме КПД клинотрона существенно за е висит от конфигурации электронного пучка — его толщины и начального рассто яния от нижнего края пучка до структуры. Так, в случае «толстого» пучка, когда толщина пучка много больше характерного масштаба затухания синхронной гар g 1 ), привед нный КПД моники в направлении нормали к поверхности (w е ЛОВ-клинотрона ниже, чем у традиционной нерезонасной ЛОВ с параллельным структуре пучком. Более того, даже максимальный КПД отдельных фракций (сло в электронов, имеющих одинаковую начальную высоту) лишь незначитель е но превышает КПД традиционной ЛОВ. Это объясняется тем, что в отличие от резонансной ЛОВ устанавливающаяся в клинотроне самосогласованная частота генерации (расстройка) далека от оптимального с точки зрения КПД значения.

g 1 ) пучка привед нный КПД существенно больше, чем у Для тонкого (w е традиционной ЛОВ, но примерно в полтора раза меньше максимального КПД для экспоненциально нарастающей структуры поля, достигающегося в резонанс ных клинотронах. Таким образом, в нерезонансном ЛОВ-клинотроне положитель ный эффект экспоненциальной структуры поля в значительной степени подавлен сдвигом расстройки синхронизма. Для сравнения развитой теории нерезонанс ного клинотрона с экспериментом в разделе 1.1 приведены результаты расч та е исследованного в работе [22] генератора с длиной волны 0,8 мм и ускоряющим напряжением 7,1 кВ (см. рис. 1).

Согласно результатам расч тов, увеличение угла наклона пучка приводит к е существенному увеличению порогового тока, соответствующего переходу от ста ционарного к автомодуляционному режиму. Если в обычной ЛОВ переход к ав томодуляции происходит при длине, примерно в полтора раза большей старто вой [41] и близкой к стартовой длине второй продольной моды, то в клинотроне стационарный режим сохраняется при длине, в четыре раза превышающей старто вую длину основной продольной моды, что значительно больше стартовой длины второй продольной моды. Это связано с тем, что в традиционной ЛОВ электроны при движении вдоль лампы переносят модулирующий сигнал от катодного конца Рис. 2: Схема оротрона, работающего в клинотронном режиме прибора к коллекторному, замыкая петлю обратной связи для рабочей волны, бе гущей навстречу пучку. В клинотроне же каждая из частиц пролетает в сильном поле волны лишь небольшую часть длины прибора, в связи с чем обратная связь оказывается существенно затрудн нной.

е В разделе 1.2 рассматривается клинотронный режим в другом черенковском СВЧ-генераторе — оротроне [15–17] (рис.2). Благодаря фиксированной продоль ной структуре СВЧ-поля использование клинотронного режима в оротроне мо жет быть гораздо эффективнее, чем в нерезонансной ЛОВ. В рамках линейной теории [46, 47] получено выражение для стартовой плотности тока в случае до статочно большого угла наклона пучка и плавной продольной структуры СВЧ поля. Для фиксированной длины волны плотность стартового тока практически не зависит от выбранного периода и напряжения, по крайней мере до тех пор, пока выполняется слаборелятивистское приближение и можно считать фиксиро ванными омические и дифракционные потери [a2, a3]. Кроме модельного при ближения в первой части раздела 1.2 приведены численные расч ты стартового е тока для более точной модели оротрона. Численное исследование нелинейного режима работы оротрона с наклон нным электронным пучком показывает, что е клинотронный эффект приводит к существенному увеличению мощности и КПД прибора по сравнению с традиционным оротроном. Так, электронный КПД при бора с ускоряющим напряжением 1, 1 кВ достигает значения 8% на длине волны 3,8 мм, а максимальная мощность может составлять несколько десятков ватт.

Вторая часть раздела 1.2 посвящена теоретическому исследованию эффектов, связанных с полем высокочастотного пространственного заряда в оротроне, ра ботающим в клинотронном режиме [a2]. В рассматриваемой модели это поле создается локально однородным сгруппированным электронным пучком, накло ненным под углом к поверхности. При дополнительном предположении о гладко сти поверхности получено аналитическое выражение для силы, действующей на электрон со стороны высокочастотного поля пространственного заряда. Расч ты е Рис. 3: Схема самовозбуждающегося оротронного умножителя частоты (а) и его дис персионная характеристика (б), точки соответствуют экспериментально измеренным значениям, сплошная линия — теоретическая зависимость показывают, что, в рамках сделанных приближений, для исследуемых вариантов уч т пространственного заряда лишь незначительно повышает стартовый ток и е понижает КПД.

Во второй главе теоретически [a1, a4, a5, a8] и экспериментально [a7] иссле дуется новая схема умножения частоты в оротроне, при которой периодическая структура используется не только в качестве зеркала открытого резонатора, но и в качестве резонатора для поверхностной низкочастотной волны (рис. 3). Мед ленная поверхностная волна возбуждается синхронным прямолинейным элек тронным пучком. Образующиеся в процессе этого самовозбуждения электронные сгустки, двигаясь вблизи периодической структуры, способны не только излучать на частоте поверхностной волны, но также испускать излучение на е временных е гармониках (так называемое излучение Смита-Парселла [48]).

Большое количество как теоретических, так и экспериментальных работ по священо исследованию механизма возбуждения поверхностной волны дифракци онной решетки электронным пучком и последующего спонтанного излучения в свободное пространство волн на гармонике частоты поверхностной волны образо вавшимися при этом электронными сгустками [49–54]. Излучение на гармониках частоты возбуждающейся поверхностной волны периодической структуры наблю далось, по-видимому, уже в ранних экспериментах с клинотронами [14] и оро тронами [55]. Однако спонтанный характер излучения приводит к очень низкому уровню излучаемой мощности.

В разделе 2.1 второй главы диссертации теоретически исследуется схема ге нерации терагерцового излучения, основанная на модифицированном варианте указанного эффекта, для усиления которого предложено дополнительно исполь зовать вогнутое зеркало, образующее вместе с периодической структурой от крытый резонатор оротрона [a1], настроенный на умноженную частоту поверх ностной волны. При этом за счет возникающей обратной связи высокочастотное излучение приобретает стимулированный характер, что позволяет значительно увеличить его мощность. Для возбуждения низкочастотной поверхностной вол ны требуется существенно меньший стартовый ток, чем для самостоятельного возбуждения оротронной моды, поэтому предлагаемая схема умножения частоты представляется перспективной для продвижения в короткие волны, где для воз буждения оротрона требуется очень высокая плотность тока. Следует отметить, что близкий к рассматриваемому режим исследовался ранее в работах [51,56] для сильноточного релятивистского умножителя с электродинамической системой в виде отрезка круглого гофрированного волновода.

В рассматриваемой схеме в качестве основного рабочего низкочастотного ко лебания используется продольная -мода поверхностной волны, которой соответ ствует продольное волновое число h0 = /d. Ч тные гармоники –моды имеют е волновые числа 2n/d;

сгруппированный на второй гармонике электронный пу чок может излучать в перпендикулярном поверхности замедляющей структуры направлении.

Предлагаемая схема обладает рядом достоинств по сравнению с другими из вестными схемами самовозбуждающихся умножителей частоты. Так, например, достаточно сложной проблемой в этих устройствах является необходимость очень высокой точности кратности частот низкочастотного и высокочастотного резона торов [57]. В предлагаемой схеме положение вогнутого зеркала открытого ре зонатора практически не влияет на структуру поверхностной волны, поэтому частоту объемной моды можно изменять независимо, добиваясь точной кратно сти частот даже в условиях заметной электронной перестройки частоты, чего весьма сложно добиться в однорезонаторных умножителях частоты (в которых взаимодействие электронов с обеими волнами осуществляется в одной электро динамической структуре).

Помимо этого для самовозбуждающихся умножителей, построенных по сек ционированной (например, клистронной) схеме, неблагоприятным фактором яв ляется то, что насыщение высокочастотной гармоники тока происходит ближе к катодному концу прибора по сравнению с низкочастотной гармоникой [58], в результате чего амплитуда этой гармоники во второй (высокочастотной) секции оказывается малой. В предлагаемой схеме, как показано в разделе 2.1 с помощью модели, основанной на усредн нных уравнениях, максимум второй гармоники е тока расположен близко к середине системы, что позволяет совместить его с максимумом амплитуды высокочастотного поля моды открытого резонатора.

В разделе 2.1 построена теория предложенного умножителя частоты, а также получены значения стартовых токов обеих мод и выходной мощности. Рассчитан вариант умножителя с ускоряющим напряжением U = 7, 3 кВ. Стартовый ток низкочастотной (поверхностной) моды на частоте 250 ГГц оказывается равным IS 1 мА, при этом стартовый ток объ мной волны IV 60 мА. Выходная е мощность на высокой (500 ГГц) частоте составляет десятки милливатт.

В разделе 2.2 проводится теоретическое исследование динамики возбуждения поверхностной волны широким электронным пучком и анализ эффектов попереч ной селекции мод в указанной системе [a8, a16, a20]. Одно из достоинств оро тронного умножителя частоты — возможность использовать широкие электрон ные пучки, которые являются наиболее естественными для геометрии планарной периодической структуры и полусимметричного открытого резонатора. Это поз воляет значительно увеличить интегральную мощность генератора. Однако уве личение ширины пучка может привести к самовозбуждению сразу нескольких поперечных мод поверхностной волны и переходу от стационарного к автомоду ляционному или стохастическому режиму генерации. Поэтому задача о конку ренции поперечных мод поверхностной волны применительно к обсуждаемому прибору требует особого внимания.

Одним из эффектов, способных обеспечить селекцию поперечных мод по верхностной волны как в умножителе, так и в генераторе поверхностной волны, является дифракция поверхностной волны [19, 20, 59–61]. Еще одним эффектом, характерным только для оротронного умножителя, является обратное влияние оротронной моды на поверхностную волну. Несмотря на относительную слабость последнего эффекта, он представляет интерес для прибора с несколькими про странственно разнес нными электронными пучками, когда влияние дифракции е становится несущественным. В разделе 2.2 этот эффект теоретически изучен в рамках двух моделей: в простейшей двухпучковой клистронной модели, позво ляющей провести аналитическое рассмотрение, и в многопучковой модели рас предел нного взаимодействия, которая исследовалась численно. В рамках первой е модели показано, что условием синфазной генерации поверхностной волны обо ими пучками оказывается превышение током порогового значения, примерно в шесть раз превышающего стартовый ток. В рамках второй модели показано, что пороговый ток зависит от угла прол та электронов относительно волны.

е В разделе 2.2.2 изложены результаты исследования дифракции поверхност ной волны в рамках параболического уравнения, описывающего динамику волны в поперечном (к движению пучка) направлении при фиксированной продольной структуре поля. Кроме этого, использовалось приближение малого изменения энергии электронов [62] и пучок считался тонким в направлении, перпендику лярном поверхности. В этом приближении поведение системы зависит от тр х е независимых параметров: расстройки электронно-волнового синхронизма, «токо вого» параметра и безразмерной ширины пучка. В основном исследовался случай, когда отсутствует отражение волны от поперечных границ. Противоположный случай сильного отражения сводится к задаче о резонаторе с заданными попе речными модами, для которого вопросы селекции мод хорошо исследованы.

Стартовый ток поверхностной волны и поперечная структура мод в режиме слабого сигнала определялись с помощью численного решения дисперсионного уравнения, имеющего разные формы для симметричных и анти-симметричных мод. Для сравнительно неширокого пучка стартовый ток поверхностной волны неограниченно возрастает при уменьшении ширины пучка. Это обстоятельство объясняется тем, что в случае узкого пучка характерная ширина поля суще ственно больше ширины пучка (особенно для высоких мод), что увеличивает запас нную в электромагнитном поле энергию и приводит к росту стартового е тока. Для широкого пучка, напротив, электромагнитное поле сосредоточено в основном внутри пучка.

Нелинейный режим генерации исследовался на основе численного решения параболического уравнения с фиксированной продольной структурой поля. В рам ках исследуемой модели вплоть до достаточно больших значений тока и попе речной ширины пучка в области рабочих углов прол та ( 2) существуют е зоны стационарной одночастотной генерации. При этом для малых углов прол та е ( ) стационарная генерация возможна при весьма больших значениях токо вого параметра, превышающего стартовое значение для нескольких поперечных мод. Например, максимальное превышение тока над стартовым значением для нормированной поперечной ширины L = 10 составляет G/Gst 9, для доб ротности поверхностной волны Q = 200 эта безразмерная ширина соответствует размерному значению l = 20, при этом при любых рассмотренных расстройках синхронизма генерация является стационарной (конкуренция продольных мод не учитывается). С другой стороны, при тех же значениях L и, стартовый ток пятой (третьей симметричной) моды всего в полтора раза выше стартового тока основной моды, поэтому стартовые условия выполнены для нескольких линей ных мод. В отличие от линейного случая, где существуют только симметричные и антисимметричные моды, в нелинейном режиме поперечная структура поля в режиме стационарной генерации может быть несимметричной. Несимметричная структура устанавливается в случае больших углов прол та ( ) и большого е превышения тока над стартовым, в то же время при небольших углах прол та е ( ) симметричная квазигауссова структура поля возбуждается при всех зна чениях тока.

Несмотря на то, что представленная в разделе 2.2 теория развита для поверх ностной волны –типа, е можно применить к любому другому черенковскому е генератору с фиксированной продольной структурой поля, например к резонанс ной ЛОВ и клинотронам.

Раздел 2.3 описывает экспериментальную реализацию самовозбуждающегося оротронного умножителя частоты на 190 ГГц [a7]. Исследование проводилось на макете, предназначенным для экспериментального исследования оротронов мил лиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Возбуждение поверхностной вол ны было зафиксировано во всем диапазоне напряжений 500 — 3300 В при вели Рис. 4: Результаты экспериментального исследования оротронного умножителя ча стоты: a) cигнал на высокой частоте в зависимости от положения зеркала (квадра ты), сплошная линия — аппроксимирующая функция Лоренца;

б) cигнал на высокой частоте в зависимости от электронного тока (квадраты), сплошная линия — аппрок симирующая квадратичная зависимость.

чине стартового тока 10 — 50 мА. Для того, чтобы исключить самовозбуждение оротронной моды, измерения проводились при токе ниже стартового тока оро тронного режима, составлявшего в рабочем диапазоне напряжений 2600—3200 В величину 100—200 мА. Генерация поверхностной волны на частоте 95 ГГц на блюдалась при токах более 20 мА. Рабочие токи в описываемом эксперименте не превышали 70 мА. Для того, чтобы отсечь излучение на частоте поверхност ной волны и продемонстрировать наличие излучения на высокой (умноженной) частоте, сигнал пропускался через запредельный волноводный фильтр с критиче ской частотой fcut = 158 ГГц. При определ нных положениях зеркала амплитуда е сигнала с детектора резко увеличивалась. Измеренная зависимость величины сигнала от положения подвижного зеркала открытого резонатора (то есть от рас стояния между зеркалами) хорошо описывается лоренцевой кривой, соответству ющей добротности колебания Q 1500 (рис. 4). Это значение, в свою очередь, примерно соответствует расч тной добротности используемого открытого резо е натора. Измеренная зависимость величины сигнала с детектора от электронного тока достаточно хорошо аппроксимируется параболой, как и должно быть при умножении частоты.

Измерения частот поверхностной волны и оротронного колебания были вы полнены методом гетеродинирования. В качестве источника опорного сигнала использовалась ЛОВ со стабилизацией частоты от гармоники высокостабильного цифрового генератора (частота до 20 ГГц). В качестве нелинейного элемента ис пользовался смеситель гармоник на полупроводниковых сверхреш тках. Измерен е ные частоты низкочастотного и высокочастотного сигналов составили 95,6 ГГц и 191,2 ГГц, соответственно. Кроме этого, продемонстрировано, что при изменении положения зеркала частота высокочастотной компоненты не менялась, что вместе с кратностью частот гармоник ещ раз подтверждает тот факт, что наблюдаемый е режим действительно являлся режимом умножения частоты.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию возможностей нереля тивистских черенковских генераторов средней мощности (от нескольких ватт до нескольких киловатт) с прямолинейными трубчатыми электронными пучками в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн [a9, a21–a27].

В наиболее распростран нной в настоящее время схеме мощного черенковско е го прибора О-типа миллиметрового диапазона нитевидный электронный пучок движется внутри тонкого цилиндрического или прямоугольного канала, проходя щего вдоль замедляющей периодической структуры типа спирали [63,64], изогну того волновода [65, 66] или цепочки связанных резонаторов [27] (рис. 5 a). При уменьшении длины волны требуется все больше приближать электронный пучок к стенкам пролетного канала из-за вс более сильной прижатости медленных е пространственных гармоник высокочастотного поля к поверхности. Поэтому для коротковолновых СВЧ-источников черенковского типа необходимы очень тонкие электронные пучки с очень большой плотностью тока. С увеличением частоты излучения рабочая плотность тока раст т пропорционально квадрату частоты, а е требуемое расстояние от границы пучка до стенки уменьшается. В результате в миллиметровом диапазоне величина ведущего магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, оказывается недостаточной для исключения осаждения электронов на замедляющую структуру, что ведет к сильному дополнительно му нагреву ее тонких элементов. В связи с этим при работе в непрерывном режиме плотность тока не может быть сделана слишком большой, и выходная мощность этих приборов ограничена несколькими киловаттами в длинноволно вой [26] и десятками ватт в коротковолновой [27, 28] части миллиметрового диа пазона. Описанные трудности могут быть смягчены при использовании схемы с цилиндрическим тонкостенным электронным пучком и замедляющей системой в виде гофрированного волновода (рис. 5 б). Использование полого трубчатого пуч ка позволяет существенно увеличить диаметр волноводного канала, значительно увеличить электронный ток при сохранении величины плотности тока и снизить тепловую нагрузку на стенки замедляющей системы.

В разделе 3.1 рассмотрены особенности нерелятивистских приборов О-типа с тонкостенными осесимметричными электронными пучками коротковолновой ча сти миллиметрового диапазона длин волн и их отличия от релятивистских гене раторов и более длинноволновых нерелятивистских приборов аналогичной кон струкции. Схемы с прямолинейными трубчатыми пучками широко используются в различных вариантах сверхмощных (от десятков мегаватт до единиц гигаватт) сильноточных релятивистских черенковских генераторов и усилителей, работаю щих с пучками наносекундной длительности [32–37]. Такие схемы исследовались Рис. 5: Схемы низковольтных коротковолновых источников О-типа с традицион ным нитевидным электронным пучком и электродинамической системой в виде це почки связанных резонаторов (а) и с трубчатым электронным пучком и аксиально симметричным гофрированным волноводом (б) также в нерелятивистских черенковских приборах сантиметрового и длинновол новой части миллиметрового диапазонов [39, 40]. В то же время на коротких волнах у трубчатых пучков появляются дополнительные привлекательные черты, связанные с возможностью снижения плотности электронного тока.

В отличие от релятивистских генераторов, где используются периодические системы с мелкой гофрировкой поверхности, в слаборелятивистских приборах для обеспечения приемлемого коэффициента связи электронов с СВЧ-полем необхо димо использовать глубокую (как в масштабе длины волны, так и в масштабах периода и диаметра резонатора) гофрировку. Даже для случая глубокой гофри ровки в низковольтных приборах коротковолновой части миллиметрового диапа зона коэффициент связи с волной для наиболее удал нной от гофрировки части е электронов оказывается мал, что приводит к необходимости увеличения дли ны пространства взаимодействия. Это обстоятельство (а также увеличение роли омических потерь на высоких частотах) определяет особенности данного класса приборов и требует других, по сравнению с релятивистским случаем, подходов к их расч ту и оптимизации. Наиболее подходящей электродинамической струк е турой рассматриваемых генераторов может служить отрезок круглого волновода с осесимметричной гофрировкой внутренней поверхности (диафрагмированный волновод). В качестве рабочей моды может быть, в частности, использована низ шая электрическая мода ТМ0,1, обладающая аксиальной симметрией.

Обсуждаемая схема может быть использована для реализации различных ти пов источников излучения: ЛБВ-усилителей, ЛОВ с перестройкой частоты, двух и много-секционных клистронов с распредел нным взаимодействием, умножите е лей частоты. Далее в третьей главе теоретически рассмотрены несколько типов генераторов на примере двух востребованных частотных диапазонов короткой ча сти миллиметрового спектра: тр хмиллиметрового диапазона и диапазона длин е волн около 1,15 мм.

Раздел 3.2 посвящ н теоретическому анализу сравнительно мощного — с мощ е ностью порядка 1 кВт — генератора с высокодобротным резонатором на 2-моде периодической структуры, или оротрону, на частоте 95 ГГц. Стартовый ток тако го прибора, найденный по известным формулам [35], составляет несколько сотен миллиампер при выбранном ускоряющем напряжении 32 кВ. Расч ты показыва е ют, что для рабочего тока 1 A, в три – четыре раза превышающего стартовый ток, можно ожидать генерации с довольно высоким электронным КПД около 10%, что соответствует тр м киловаттам мощности, отданной электронами СВЧ-полю.

е Поскольку дифракционная добротность резонатора оказывается сравнимой с его омической добротностью, нагрев стенок существенно ограничивает максималь ную мощность прибора.

С целью уменьшения омического нагрева исследуются способы снижения ди фракционной добротности квазикритической моды осесимметричных резонаторов с глубокой гофрировкой. Для анализа использованы методы, основанные на урав нении неоднородной струны [62, 67, 68], а также методы на основе прямого чис ленного моделирования (метод конечных элементов [69, 70] и метод FDTD [71]).

Феноменологически модифицировав уравнение неоднородной струны, так чтобы оно учитывало зависимость формы дисперсионной кривой от параметров гофри ровки, можно добиться хорошего соответствия этого подхода с прямыми мето дами для расчета выходной секции резонатора с адиабатическим уменьшением глубины гофрировки. При этом добротность определяется только зависимостью дисперсионной характеристики и групповой скорости волны от глубины гофри ровки и не зависит от формы гофрировки иным образом. Модифицированный метод неоднородной струны оказывается простым и быстрым инструментом син теза резонаторов оротрона с адиабатическим выводом излучения.

С помощью PIC-моделирования исследован нелинейный режим оротрона и продемонстрирована возможность генерации на частоте около 95 ГГц с выход ной мощностью около 1500 Вт (рис. 6) для тр х конфигураций оротрона с тремя е различными формами гофрировки. При этом ведущее магнитное поле при моде лировании составляло величину 0,7–0,8 Тл, сравнительно легко достижимую в т плом соленоиде или постоянном магните. Тепловая нагрузка в исследованных е вариантах близка к допустимой величине 500 Вт/см2.

Рис. 6: Зависимость мощности оротрона с трубчатым электронным пучком и пря моугольной гофрировкой аксиально-симметричного волновода от ускоряющего напря жения, рассчитанная с помощью PIC-кода (точки) и усредн нных уравнений (тонкая е кривая). Крайняя правая точка жирной кривой соответствует возбуждению следую щей продольной моды.

В разделе 3.3 исследуется взаимодействие трубчатого пучка с обратной вол ной. Этот режим лиш н ряда недостатков оротронного режима: ЛОВ, как пра е вило, обладает широкой перестройкой частоты, групповая скорость волны в этом режиме много больше, чем в оротронном, поэтому омические потери оказываются не столь большими, соответственно, уменьшается тепловая нагрузка на стенки резонатора. С другой стороны, электронный КПД ЛОВ существенно ниже КПД оротрона, а стартовый ток, напротив, больше оротронного при той же длине про странства взаимодействия, что усложняет реализацию ЛОВ.

Исследуемая в разделе 3.3 ЛОВ рассчитана на работу в тр хмиллиметровом е диапазоне и имеет такой же внутренний радиус гофрировки, как и оротрон из раздела 3.2. Оба прибора рассчитаны на работу с одним и тем же электронным пучком. Проведено моделирование различных конфигураций ЛОВ с помощью усредн нных уравнений и PIC-кода;

аналогично оротронному случаю, рассматри е вались замедляющие структуры как с плавным уменьшением глубины гофриров ки волновода в выходной секции, так и с резким обрывом гофрировки и просвет ляющим элементом (рис. 7). По результатам PIC-моделирования наиболее мощ ный вариант генератора обладает выходной мощностью 750 Вт при ведущем поле 0,8 Тл. В этой ЛОВ коэффициент отражения от выходного конца не превышает 10% по амплитуде, поэтому она обладает весьма широкой полосой электронной перестройки частоты. Так, PIC-моделирование демонстрирует ширину полосы по Рис. 7: а) Зависимость амплитуды коэффициента отражения волны от выходной сек ции ЛОВ для случая плавного уменьшения глубины гофрировки (пунктирная линия и врезка б) и для случая резкого обрыва с просветляющим элементом, оптимизиро ванным на частоту 95 ГГц (сплошная линия и врезка в) крайней мере 10 ГГц при фиксированном токе 1 A. Кроме того генератор способен работать при слабых магнитных полях вплоть до 0,4 Тл.

В разделе 3.3.1 исследуется возможность реализации ЛОВ с трубчатым элек тронным пучком для рабочей частоты около 260 ГГц. СВЧ-излучение со средней мощностью на этой частоте в настоящее время весьма востребовано для целей спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с использованием техники динамической поляризации ядер (ДПЯ) [72]. Использование источника черен ковского излучения для этого приложения, несмотря на значительно меньшую мощность по сравнению с гироприборами, весьма привлекательно, поскольку для него не требуется сильное магнитное поле, а следовательно, и криомагнит.

Исследована работа ЛОВ как при умеренном ведущем магнитном поле 1 Тл, так и при сильном поле 9,4 Тл. Последняя возможность возникает при исполь зовании недавно высказанной идеи [73, 74] совмещения ЯМР-спектрометра и источника СВЧ-излучения в одном криомагните. Это возможно как для гиротро нов, так и для приборов О-типа [73], [a23];

достоинства последних заключаются в том, что их частота, в отличие от гиротронов, не чувствительна к величине маг нитного поля. В разделе 3.3.1 приводятся результаты моделирования генератора с ускоряющем напряжением 15 кВ и током 0,3 А. На основе расчетов по усред ненным уравнениям и прямого численного моделирования продемонстрировано, что при магнитном поле 1 Тл мощность на частоте 260 ГГц составляет 13 Вт, а при поле 9,4 Тл возрастает до 44 Вт. Следует отметить, что при сильном маг нитном поле исследуемая ЛОВ хорошо описывается усредн нными уравнениями.

е Пучок с необходимым током может быть получен при использовании современ ных катодов (достигнутая к настоящему времени плотность эмиссии составляет 375 А/см2, [75]), даже без магнитной компрессии, что позволяет разместить ка тод в том же магнитном поле, уменьшив тем самым скоростной разброс частиц.

В разделе 3.4 для целей импульсной ДПЯ/ЯМР спектроскопии рассматрива ется возможность создания на частоте 260 ГГц источника излучения с управ ляемыми параметрами — утроителя частоты клистронного типа (386 ГГц). В отличие от усилителя, на указанной высокой частоте умножительная схема поз воляет использовать на входе существующие источники со значительно более мощным сигналом, по крайней мере, с мощностью около одного ватта на часто те 86 ГГц. Обсуждаемый в разделе 3.4 прибор является, по сути, клистроном с распредел нным взаимодействием, выходной резонатор которого настроен на тре е тью гармонику высокочастотного тока. Исследование этого прибора с помощью усредн нных уравнений показывает, что для пучка толщиной 0,1 мм, движуще е гося на расстоянии 0,1 мм от гофрированной поверхности резонаторов, макси мальная выходная мощность составляет 5 Вт при токе пучка 0,3 А и входной мощности 1 Вт на низкой частоте. При уменьшении толщины пучка и расстояния до стенки резонатора до 0,07 мм максимальная выходная мощность повышается до 25 Вт.

В заключении сформулированы основные результаты работы и положения, вы носимые на защиту.

Основные результаты работы 1. Развита нелинейная нестационарная теория, учитывающая влияние элек тронного пучка на продольную структуру поля в нерезонансной ЛОВ, ра ботающей в клинотронном режиме. Показано, что максимальный КПД в этом режиме выше, чем в традиционной ЛОВ, но ниже, чем в резонанс ном клинотроне. Предельный ток стационарной генерации в нерезонансном клинотроне раст т с увеличением угла наклона пучка.

е 2. Построена нелинейная теория оротрона в клинотронном режиме. Соглас но расчетам, в коротковолновой части миллиметрового диапазона КПД и мощность излучения этого прибора значительно выше, чем у традиционного оротрона.

3. Для получения излучения коротковолновой части миллиметрового и суб миллиметрового диапазонов предложена новая разновидность самовозбуж дающегося оротронного умножителя частоты, основанная на совместной ге нерации в одном резонаторе низкочастотной -моды поверхностной волны и высокочастотной оротронной моды. Продемонстрирована работа самовоз буждающегося умножителя с выходной частотой 190 ГГц.

4. В модели с фиксированной продольной структурой высокочастотного по ля теоретически показана возможность эффективной селекции поперечных поверхностных мод в планарной замедляющей системе с глубокой гофри ровкой поверхности, возбуждаемой плоским нерелятивистским электрон ным пучком. Согласно численному моделированию, при характерной для субмиллиметрового и коротковолновой части миллиметрового диапазонов омической добротности поверхностной моды дифракционное расплывание может обеспечивать эффективную селекцию поперечных мод при ширине электронного пучка до 5–10 длин волн. При большой ширине пучка в сим метричной конфигурации может возникать стационарная генерация с несим метричной поперечной структурой поля.

5. Обоснована перспективность использования нерелятивистских черенковских электронных приборов (оротрон, ЛОВ, клистронный умножитель частоты) с тонкостенными трубчатыми электронными пучками для повышения средней мощности излучения в коротковолновой части миллиметрового диапазона.

Рассчитана и оптимизирована эффективная электродинамическая система в виде отрезка круглого волновода с глубокой аксиально-симметричной гоф рировкой внутренней поверхности и малым коэффициентом отражения от конца гофрировки, достигающимся при адиабатическом уменьшении е глу е бины или при использовании специально подобранного резкого обрыва гоф рировки. Согласно расчетам, мощность излучения исследуемых приборов может составлять 1 кВт на частотах около 100 ГГц и десятки ватт на ча стотах выше 200 ГГц.

Список литературы 1. Application of High-Power Microwaves / Ed. by A. V. Gaponov-Grekhov, V. L. Granat shtein. – Norwood, MA : Artech House, 1994.

– 2. Flyagin V. A., Gaponov A. V., Petelin M. I., Yulpatov V. K. The Gyrotron // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1977. – Vol. 25, no. 6. – P. 514– – – – 521.

3. Denisov G., Zapevalov V., Litvak A., Myasnikov V. Megawatt Gyrotrons for ECR Heating and Current-Drive Systems in Controlled-Fusion Facilities // Radiophysics and Quantum Electronics. – 2003. – Vol. 46, no. 10. – P. 757–768.

– – – 4. Thumm M. High Power Gyro-Devices for Plasma Heating and Other Applications // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. – 2005. – Vol. 26, no. 4. – – – – P. 483–503.

5. Пирс Д. Лампа бегущей волны / Под ред. В. Т. Овчарова. — М.: Советское радио, 1950.

6. Электроника ламп с обратной волной / Под ред. В. Н. Шевчика, Д. И. Трубецкова. — Изд. Саратовского университета, 1975.

7. Гершезон Е. М., Голант М. Б., Негирев А. А., Савельев В. С. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн / Под ред. Н. Д. Девятко ва. — М. : «Радио и связь», 1985.

8. Голант М. Б., Виленская Р. А., Зюлина Е. А., Каплун З. Ф., Негирев A. A., Пари лов В. А., Реброва Г. В., Савельев В. С. Серия широкодиапазонных генераторов малой мощности в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне // ПТЭ. — 1965. — № 4. — С. 136.

9. Gerum W., Malzahn P., Schneider K. 94-GHz TWT for military radar applications // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2001. – Vol. 48, no. 1. – P. 72–73.

– – – 10. Nguyen K., Pershing D., Wright E., Pasour J., Calame J., Ludeking L., Rodgers J., Petillo J. Sheet-Beam 90 GHz and 220 GHz Extend-Interaction-Klystron Designs // IEEE International Vacuum Electronics Conference, 2007. IVEC ’07. – 2007. – P. 1–2.

– – 11. Дюбуа Б. Ч., Королев А. Н. Современные эффективные катоды // Электронная тех ника. — 2011. — Т. 508, № 1. — С. 5–24.

12. Русин Ф. С., Богомолов Г. Д. Генерация колебаний в открытом резонаторе // Письма в ЖЭТФ. — 1966. — Т. 4, № 6. — С. 236.

13. Mizuno K., Ono S., Shibata Y. Two different mode interactions in an electron tube with a Fabry-Perot resonator — The Ledatron // IEEE Trans. – 1973. – Vol. V ED-20, no. 8. – – – – P. 749.

14. Генераторы дифракционного излучения / Под ред. В. П. Шестопалова. — Наукова думка, 1991.

15. Вайнштейн Л. А., Исаев В. А., Трубецков Д. И. Электронный генератор с откры тым резонатором (обзор теоретических и экспериментальных исследований) // РиЭ. — 1983. — Т. 28, № 7. — С. 1233.

16. Цейтлин М. Б., Мясин Е. А. Оротрон: анализ эффективных режимов (обзор) // Радиотехника и электроника. — 1993. — Т. 38, № 6. — С. 1233.

17. Русин Ф. С., Богомолов Г. Д. Оротрон как генератор миллиметрового диапазона // Электроника больших мощностей. сб. — 1968. — № 5. — С. 45.

18. Мясин Е. А., Евдокимов В. В., Ильин А. Ю. Оротрон с двухрядной периодической структурой терагерцового диапазона частот с широким электронным потоком // Пись ма в ЖТФ. — 2012. — Т. 38.

19. Ковалев Н. Ф., Петелин М. И. Селекция мод в высокочастотных релятивистских электронных генераторах с распределенным взаимодействием // Релятивистская высо кочастотная электроника. — 1981.

20. Ginzburg N. S., Kovalev N. F., Rusov N. Y. Electron-diffractional mode selection in free electron lasers // Optics Communications. – 1983. – Vol. 46, no. 5.

– – 21. Ginzburg N. S., Malkin A. M., Sergeev A. S., Zaslavsky V. Y. Quasi-optical theory of relativistic submillimeter surface-wave oscillators // Applied Physics Letters. – 2011. – – – Vol. 99, no. 12. – P. 121505–121505–3.

– 22. Клинотрон / Под ред. А. Я. Усикова. — Киев: Наукова думка, 1992.

23. Радиофизика и электроника: сб. научн. тр. / Под ред. В. М. Яковенко. — 2007. — Т. 12. — спец. вып.

24. Богомолов Г. Д. Исследование оротрона в миллиметровом и субмиллиметровом диа пазонах : Дисс... кандидата наук / Г Д Богомолов ;

ИФП АН СССР. — 1968.

25. Белоусов В. И., Ергаков В. С., Моисеев М. А. Двухрезонаторный МЦР на гармониках циклотронной частоты электронов // Электронная техника. Сер. 1. — 1978. — № 9. — С. 41.

26. Steer B., Roitman A., Horoyski P., Hyttinen M., Dobbs R., Berry D. Millimeter-wave Extended Interaction Klystrons for high power ground, airborne and space radars // Mi crowave Conference (EuMC), 2011 41st European. – 2011. – P. 984–987.

– – 27. Theiss A., Meadows C., Freeman R., True R., Martin J., Montgomery K. High-Average Power W-band TWT Development // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2010. – – – june. – Vol. 38, no. 6. – P. 1239–1243.

– – 28. Steer B., Roitman A., Horoyski P., Hyttinen M., Dobbs R., Berry D. Advantages of extended interaction klystron technology at millimeter and sub-millimeter frequencies // 16th IEEE International Pulsed Power Conference, 2007. – Vol. 2. – 2007. – P. 1049– – – – 1053.

29. Tucek J., Basten M., Gallagher D., Kreischer K., Lai R., Radisic V., Leong K., Mi hailovich R. A 100 mW, 0.670 THz power module // 2012 IEEE Thirteenth International Vacuum Electronics Conference (IVEC). – 2012. – P. 31–32.

– – 30. Carlsten B., Russell S., Earley L., Krawczyk F., Potter J. M., Ferguson P., Humphries S.

Technology development for a mm-wave sheet-beam traveling-wave tube // IEEE Trans actions on Plasma Science. – 2005. – Vol. 33, no. 1. – P. 85–93.

– – – 31. Клеен В., Пешль К. Введение в электронику сверхвысоких частот / Под ред.

В. А. Солнцева. — М.: Советское радио, 1963. — Т. 2.

32. Ковалев Н. Ф., Петелин М. И., Райзер М. Д., Сморгонский А. В. Приборы типа «О», основанные на индуцированных черенковском и переходном излучениях реляти вистских электронов // сб. Релятивистская высокочастотная электроника. — ИПФ АН СССР, г. Горький, 1979.

33. Ельчанинов А. С., Загулов Ф. Я., Ковал в Н. Ф., Коровин С. Д., Ростов В. В., Смор е гонский А. В. Высокоэффективный релятивистский карсинотрон // Письма в ЖТФ. — 1980. — Т. 6, № 7. — С. 443–446.

34. Александров А. Ф., Галузо С. Ю., Канавец В. И., Михеев В. В., Плетюшин В. А.

Исследование релятивистского генератора миллиметрового диапазона // Письма в ЖТФ. — 1981. — Т. 7. — С. 585.

35. Bratman V. L., Denisov G. G., Kol’chugin B. D., Korovin S. D., Polevin G. D., Ros tov V. V. Powerful millimeter-wave generators based on the stimulated Cherenkov radiation of relativistic electron beams // Int. J. Infrared Millimeter Waves. – 1984. – September. – – – – Vol. 5, no. 9. – P. 1311–1332.

– 36. Chen C., Liu G., Huang W., Song Z., Fan J., Wang H. A repetitive X-band relativistic backward-wave oscillator // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2002. – Vol. 30, – – no. 3. – P. 1108–1111.

– 37. Klimov A. I., Korovin S. D., Rostov V. V., Ulmaskulov M. R., Shpak V. G., Shu nailov S. A., Yalandin M. I. Highly efficient generation of subnanosecond microwave pulses in Ka-band relativistic BWO // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2002. – – – Vol. 30, no. 3. – P. 1120–1125.

– 38. Братман В. Л., Денисов Г. Г., Колганов Н. Г., Мишакин C. В., Самсонов С. В., Со болев Д. И. Микроволновый источник мультигигаваттной пиковой мощности на основе комбинации релятивистской лампы обратной волны и компрессора // ЖТФ. — 2011. — Т. 81, № 2. — С. 113–117.

39. Buczek C., Dong P. A high-power hollow-beam traveling-wave amplifier // IRE Trans actions on Electron Devices. – 1961. – Vol. 8, no. 2. – P. 177.

– – – 40. Enderby C. E. Ring-plane traveling-tave amplifiers: 40 kW at 9 mm // IEEE Transactions on Electron Devices. – 1964. – June. – P. 262–266.

– – – 41. Братман В. Л., Гинзбург Н. С., Ковал в Н. Ф., Нусинович Г. С., Петелин М. И.

е Общие свойства коротковолновых приборов с длительной инерционной группировкой электронов // сб. Релятивистская высокочастотная электроника. — ИПФ АН СССР, г.

Горький, 1979. — С. 249.

42. Schunemann K., Vavriv D. M. Theory of the clinotron: A grating backward-wave oscil lator with inclined electron beam // IEEE Trans. Electron Devices. – 1999. – Vol. 46, – – no. 11. – P. 2245.

– 43. Андрушкевич В. С., Гамаюнов Ю. Г., Патрушева Е. В. Нелинейная теория клино трона // Радиотехника и электроника. — 2010. — Т. 55, № 3. — С. 355–361.

44. Андрушкевич В. С., Гамаюнов Ю. Г., Патрушева Е. В. Нестационарная теория кли нотрона // Радиотехника и электроника. — 2011. — Т. 56, № 4. — С. 493–499.

45. Гинзбург Н. С., Кузнецов С. П., Федосеева Т. Н. Теория переходных процессов в релятивистской ЛОВ // Изв. вузов. Радиофизика. — 1978. — Т. 21, № 7. — С. 1037.

46. Андрушкевич В. С. Влияние формы статических траекторий на работу приборов О типа в линейном режиме // Вопросы электроники сверхвысоких частот. Саратов ский университет. — 1964. — № 1. — С. 35.

47. Цвык А. И. Влияние динамических и статических смещений электронов на старто вые токи генератора дифракционного узлучения // Известия ВУЗов: Радиофизика. — 1978. — Т. 21, № 8. — С. 1216.

48. Smith S. J., Purcell E. M. Visible light from localized surface charges moving across a grating // Phys. Rev. – 1953. – Vol. 92. – P. 1069.

– – – 49. Liu C. S., Tripathi V. K. Stimulated coherent Smith-Purcell radiation from a metallic grating // IEEE J. Quantum Electron. – 1999. – Vol. 35, no. 10. – P. 1386.

– – – 50. Andrews H. L., Brau C. A. Gain of a Smith-Purcell free-electron laser // Phys. Rev. ST Accel. Beams. – 2004. – Vol. 7. – Art. 070701.

– – – 51. Александров А. Ф., Власов А. Н., Галузо С. Ю., Канавец В. И., Корженевский А. В., Кубарев В. А., Соколов С. А., Черепенин В. А. Релятивистские доплеровкие СВЧ умножители частоты // сб. Релятивитская высокочастотная электроника. — ИПФ АН СССР, г. Горький, 1983.

52. Urata J., Goldstein M., Kimmitt M. F., Naumov A., Platt C., Walsh J. E. Superradiant Smith-Purcell Emission // Phys. Rev. Lett. – 1998. – Vol. 80, no. 3. – P. 516.

– – – 53. Gardelle J., Modin P., Donohue J. T. Start Current and Gain Measurements for a Smith Purcell Free-Electron Laser // Phys. Rev. Lett. – 2010. – Nov. – Vol. 105. – P. 224801.

– – – – 54. Bratman V. L., Bandurkin I. V., Dumesh B. S., Fedotov A. E., Kalynov Y. K., Kol ganov N. G., Manuilov V. N., Rusin F. S., Samsonov S. V., Savilov A. V. Sources of coherent terahertz radiation // AIP Conf. Proc. – Vol. 807. – 2006. – P. 356.

– – – 55. Богомолов Г. Д., Бородкин А. И., Кущ В. С. О возбуждении гребенки в открытом резонаторе в режиме оротрона и режиме ЛОВ // Электронная техника. Сер. 1. Элек троника СВЧ. — 1970. — № 1. — С. 97.

56. Александров А. Ф., Галузо С. Ю., Канавец В. И., Черепенин В. А. Релятивистский квазиоптический черенковский генератор на аномалиях Вуда // Радиотехника и элек троника. — 1983. — № 4. — С. 763–766.

57. Bandurkin I. V., Bratman V. L., Savilov A. V., Samsonov S. V., Volkov A. B. Ex perimental study of a fourth-harmonic gyromultiplier // Physics of Plasmas. – 2009. – – – Vol. 16. – P. 070701.

– 58. Бандуркин И. В., Братман В. Л., Савилов А. В. Умножение частоты в автогенерато рах гиротронного типа // Письма в ЖТФ. — 2006. — № 2. — С. 72.

59. Fruchtman A. Optical guiding in a sheet-beam free-electron laser // Phys. Rev. A. – – 1988. – Apr. – Vol. 37. – P. 2989–2999.

– – – 60. Гинзбург Н. С., Завольский Н. А., Нусинович Г. С., Сергеев А. С. Установление ав токолебаний в электронных СВЧ генераторах с дифракционным выводом излучения // Изв. вузов: Радиофизика. — 1986. — Т. 29, № 1. — С. 106.

61. Ginzburg N. S., Malkin A. M., Peskov N. Y., Sergeev A. S., Zaslavsky V. Y., Zotova I. V.

Powerful terahertz free electron lasers with hybrid Bragg reflectors // Phys. Rev. ST Accel. Beams. – 2011. – Apr. – Vol. 14. – P. 042001.

– – – – 62. Братман В. Л., Моисеев М. А., Петелин М. И., Эрм Р. Э. К теории гиротронов с нефиксированной структурой высокочастотного поля // Известия вузов: Радиофизи ка. — 1973. — Т. 16, № 4.

63. Gilmour A., Gillette M., Chen J.-T. Theoretical and experimental TWT helix loss de termination // IEEE Transactions on Electron Devices. – 1979. – Vol. 26, no. 10. – – – – P. 1581–1588.

64. Chong C., Davis J., Le Borgne R., Ramay M., Stolz R., Tamashiro R., Vaszari J., Zhai X.

Development of high-power Ka-band and Q-band helix-TWTs // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2005. – Vol. 52, no. 5. – P. 653–659.

– – – 65. Dohler G., Gagne D., Gallagher D., Moats R. Serpentine waveguide TWT // Electron Devices Meeting, 1987 International / IEEE. – Vol. 33. – 1987. – P. 485–488.

– – – 66. Bhattacharjee S., Booske J. H., Kory C. L., van der Weide D. W., Limbach S., Gal lagher S., Welter J. D., Lopez M. R., Gilgenbach R. M. et al. Folded waveguide traveling wave tube sources for terahertz radiation // IEEE Transactions on Plasma Science. – – 2004. – Vol. 32, no. 3. – P. 1002–1014.

– – 67. Каценеленбаум Б. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися пара метрами. — изд. АН СССР, Москва, 1961.

68. Власов С. Н., Жислин Г. М., Орлова И. М., Петелин М. И., Рогачева Г. Г. Открытые резонаторы ввиде волноводов переменного сечения // Известия вузов: Радиофизика. — 1969. — Т. 12, № 8. — С. 1236.

69. Reddy C., Deshpande M. D., Cockrell C., Beck F. B. Finite element method for eigenvalue problems in electromagnetics. – National Aeronautics and Space Administration, Langley – Research Center, 1994. – Vol. 3485.

– 70. Hecht F. – FreeFem++ User Manual. – Laboratoire Jacques-Louis Lions, Universit – – e Pierre et Marie Curie, Paris, http://www.freefem.org/ff++, 3 edition, 2012.

71. Yee K. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equa tions in isotropic media // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1966. – – – Vol. 14. – P. 302–307.

– 72. Prisner T., Kockenberger W. Dynamic Nuclear Polarization: New Experimental and Methodology Approaches and Applications in Physics, Chemistry, Biology and Medicine // Applied Magnetic Resonance. – 2008. – Vol. 34, no. 3–4. – P. 213–218.

– – – 73. Bratman V. L., Fedotov A. E., Kalynov Y. K. Terahertz electron sources for EPR and DNP/NMR Spectroscopy // Proceedings of 8th Int. Workshop ’Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications’ (SMP-2011). – Nizhniy Novgorod — St. Pe – tersburg, Russia, 2011. – July 9 – 11.

– 74. Sirigiri J. R., Maly T. Integrated high-frequency generator system utilizing the magnetic field of the target application. – 2011. – jan. – US Patent App. 12/930,584.

– – – 75. Zhao J., Gamzina D., Li N., Li J., Spear A., Barnett L., Banducci M., Risbud S., Luh mann N. Scandate Dispenser Cathode Fabrication for A High-Aspect-Ratio High-Current Density Sheet Beam Electron Gun // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2012. – – – june. – Vol. 59, no. 6. – P. 1792–1798.

– – Список публикаций автора по теме диссертации 1. Братман В. Л., Махалов П. Б., Федотов А. Э., Хаймович И. М. О возбуждении оротронных колебаний на удвоенной частоте поверхностной волны // Известия вузов.

Радиофизика. — 2007. — Т. 50, № 10-11. — С. 859–865.

2. Махалов П. Б., Федотов А. Э. Теория оротрона с наклоненным электронным пуч ком // Электромагнитные волны и электронные системы. — 2008. — Т. 13, № 7.

3. Fedotov A. E., Makhalov P. B. A Theory of the Orotron with an Inclined Electron Beam // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. – 2008. – Vol. 29, – – no. 11.

4. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B., Rusin F. S. Smith-Purcell frequency multiplier with synchronization of radiation from a wide electron beam // Applied Physics Letters. – 2009. – Vol. 94. – P. 061501.

– – – 5. Bratman V., Fedotov A., Makhalov P. et al. Terahertz orotrons and oromultipliers // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2010. – Vol. 38, no. 6. – P. 1466 – 1471.

– – – 6. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B. и др. Short-wave orotrons and oro multipliers // Вестник НГУ. Сер. Физика. — 2010. — Т. 5, № 4. — С. 40–43.

7. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B. Experimental demonstration of Smith Purcell radiation enhancement by frequency multiplication in open cavity // Applied Physics Letters. – 2011. – Vol. 98. – P. 061503.

– – – 8. Fedotov A. E., Makhalov P. B. Transverse dynamics of surface wave excited by wide electron beam // Physics of Plasmas. – 2012. – Vol. 19. – P. 033103.

– – – 9. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B. High-frequency devices with weakly relativistic hollow thin-wall electron beams // Physics of Plasmas. – 2012. – Vol. 19. – – – – P. 020704.

10. Махалов П. Б., Федотов А. Э. «Клинотронный» режим работы в оротроне // Труды школы-семинара «Волны-2006». — Звенигород, Московская обл., 2006. — С. 34–36.

11. Fedotov A. E., Bratman V. L., Dumesh B. S. et al. Development of the orotrons of millimeter and submillimeter wavelength range // Proc. of Sixth Int. Kharkov Simp.

on Phys. and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves / Ed. by A. Kostenko, A. Nosich, V. Yakovenko ;

IRE NASU. – 2007. – P. 529–531.

– – 12. Махалов П. Б., Федотов А. Э. К теории клинотрона с нефиксированной продольной структурой поля // Труды конференции «КрыМиКо’08». — Украина, Крым, Севасто поль, 2008.

13. Махалов П. Б., Братман В. Л., Федотов А. Э. Умножитель частоты с широким элек тронным пучком // Труды школы-семинара «Волны-2009». — Звенигород, Московская обл., 2009. — С. 45–47.

14. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B., Rusin F. S. Short-wave orotrons and oro-multipliers // Digest Reports of Int. Simp. ’Terahertz radiation: generation and application’ / Siberian Synchrotron radiation center. – Novosibirsk, Russia, 2010. – July – – 26–28. – P. 44.

– 15. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B. Orotron operation at the second harmonic of the surface-wave frequency // Proc. of 35th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz-2010). – 2010. – P. Mo–F–2.4.

– – 16. Fedotov A. E., Makhalov P. B. Transverse dynamics of the surface waves excited by wide electron beam // Proc. of 35th Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz-2010). – 2010. – P. We–P.76.

– – 17. Bratman V. L., Fedotov A. E., Makhalov P. B. Compact sources of medium-power millimeter-wave radiation // Proc. of 8th Int. Workshop ’Strong microwaves and terahertz waves: sources and applications’ (SMP-2011). – Nizhny Novgorod - St. Petersburg, – Russia, 2011. – July 9–16. – P. 75–76.

– – 18. Братман В. Л., Махалов П. Б., Федотов А. Э., Хаймович И. М. Использование схем умножения частоты в оротроне // Тезисы докладов всероссийского семинара по ра диофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн. — Нижний Новгород, 2007. — С. 34–35.

19. Махалов П. Б., Федотов А. Э. К теории клинотрона с нефиксированной продольной структурой поля // XIII Нижегородская сессия молодых ученых. — 2008.

20. Братман В. Л., Махалов П. Б., Федотов А. Э. Оротрон на второй гармонике по верхностной волны с синхронизацией излучения от широкого электронного пучка // Тезисы докладов всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмил лиметровых волн. — Нижний Новгород, 2009. — С. 36–37.

21. Makhalov P., Bratman V., Fedotov A., Manuilov V. Use of hollow electron beams as means of power enhancement for subterahertz slow-wave generators // EAPPC2012/BEAMS2012 Book of abstracts. – Karlsruhe, Germany, 2012. – September – – 30–October 4. – P. 127.

– 22. Makhalov P., Fedotov A. Theoretical study of mode excitation in non-uniform slow wave structure near cut-off // EAPPC2012/BEAMS2012 Book of abstracts. – Karlsruhe, – Germany, 2012. – September 30–October 4. – P. 234.

– – 23. Братман В. Л., Калынов Ю. К., Махалов П. Б., Федотов А. Э. Источник субтера герцового излучения для ДПЯ, работающий в магните ЯМР-спектрометра // Тезисы докладов всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметро вых волн. — Нижний Новгород, 2013. — С. 72–73.

24. Федотов А. Э., Братман В. Л., Махалов П. Б., Мануилов В. Н. Использование трубчатых электронных пучков в коротковолновых нерелятивистских черенковских генераторах // Тезисы докладов всероссийского семинара по радиофизике миллимет ровых и субмиллиметровых волн. — Нижний Новгород, 2013. — С. 57–58.

25. Федотов А. Э., Махалов П. Б. Субтерагерцовый черенковский умножитель частоты с трубчатым электронным пучком // Тезисы докладов всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн. — Нижний Новгород, 2013. — С. 34–35.

26. Bratman V., Fedotov A., Makhalov P., Manuilov V. Medium-power sources of sub terahertz radiation with thin-wall electron beams // The 2nd International Conference ’Terahertz and Microwave radiation: Generation, Detection and Applications’. – 20 - – June, Moscow, Russia, 2012.

27. Fedotov A., Bratman V., Makhalov P. High-Frequency Devices with Weakly Relativistic Hollow Thin-Wall Electron Beams // The 39th IEEE International Conference on Plasma Science. – Edinburg, Scotland, 2012. – July 8 -12.

– – Махалов П тр Борисович е МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЧЕРЕНКОВСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА Автореферат Подписано к печати 16.09.2013. Формат 60 90 16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 2.

Тираж 100 экз. Заказ №71 (2013).

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Нижний Новгород, ул. Ульянова,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.