Международные отношения
Недостатки полоса перестройки частоты
- Подробности
- Категория: Международные отношения
Двойная периодическая структура выполнена в виде двух отражательных решеток, расположенных ламелями навстречу друг другу. Блок из сдвоенных решеток размещается в прямоугольном канале на плоском или цилиндрическом зеркале ОР. Зазор между решетками образует пролетный канал для ленточного электронного пучка. В таком ГДИ 24, 25 дифракционное излучение, порождаемое электронным пучком, сначала запитывает элементарные прямоугольные ячейки отражательных решеток, а затем система сфазированных излучателей из противостоящих канавок возбуждает колебание в ОР. Отметим, что фазовые условия для возбуждения дифракционного излучения те же, что и для одиночной отражательной решетки (13). Преимущества за счет увеличения амплитуды периодического поля гармоник по толщине электронного пучка повышается в 24 раза КПД ГДИ; при оптимальном режиме высота двойной структуры вдоль оси ОР составляет ЬХв/2, что приводит к снижению омических потерь в двойной структуре и обеспечивает автоматическое фазовое согласование двойной структуры с полем резонатора.
Недостатки полоса перестройки частоты ГДИ снижается до 48%; эффективность двойной структуры в коротковолновой части ММдиапазона сравнима с эффективностью одиночной решетки.
Данная конструкция электродинамической системы стала базовой для ГДИ повышенной мощности, работающих в непрерывном режиме и для мощных ГДИ в импульсном режиме действия. Фотография узла цилиндрического зеркала с двойной периодической структурой для ГДИ 8мм диапазона приведена на рис. 4б. Здесь же видна электронная пушка, формирующая ленточный электронный пучок.
1.3.1 Использование в ГДИ пространственноразвитых открытых резонансных систем
Остановимся кратко на других типах пространственноразвитых ОРС для ГДИ, которые могут получить широкое распространение в будущем.
ГДИ с двумя связанными СЦОР и прозрачной решеткой 26. Узкая прозрачная решетка размещена в центральной части спаренного цилиндрического зеркала. В такой ОРС щели прозрач
ной решетки являются элементами связи двух сфероцилиндрических ОР. Преимущества ГДИ с «прозрачной» дифракционной решеткой увеличение объема и добротности открытой резонансной системы; улучшение селекции возбуждаемых типов колебаний; снижение крутизны механической перестройки ГДИ.
Сфероуголковоэшелеттная ОРС для ГДИ 27. Данная ОРС состоит из сферического и уголковоэшелеттного зеркал, на гранях эшелеттов размещены одна или несколько периодических структур. Преимущества разрежение спектра возбуждаемых колебаний ГДИ, особенно в коротковолновой части ММдиапазона; применение в ГДИ многолучевых электроннооптических систем.
ГДИ с «изолированной электроникой» 28. Блок плоского зеркала, содержащий периодическую структуру и электронную пушку вакуумно изолирован от остального объема ОРС при помощи СВЧпрозрачного окна. Свободный доступ в объем ОРС позволяет использовать такой ГДИ для исследования свойств веществ в различных фазовых состояниях.
ОРС с профилированным цилиндрическим зеркалом 29. Данная ОРС состоит из гладкого сферического зеркала и цилиндрического зеркала с канавками прямоугольного профиля на его поверхности. Для снижения омических потерь период канавок составляет l = (0,80,9). Профилированное цилиндрическое зеркало обеспечивает фазовое согласование отражательной дифракционной решетки с полем ОРС в широком диапазоне частот. Преимущества непрерывная перестройка частоты ГДИ на одном типе колебаний достигает октавы.
Кольцевые ОРС в составе ГДИ. Использование многозеркальных ОРС в составе ГДИ позволяет аккумулировать дифракционное излучение с широким угловым спектром, что способствует повышению общего КПД генератора. С этой целью, в макетах ГДИ уже опробованы ОРС с зеркалом в виде круговой усеченной бочки и кольцевые трехзеркальные ОРС 30.
«Малообъемные» ОРС для ГДИ 31. Эти ОРС составлены из сферического и плоского зеркал с малой апертурой и предназначены для работы на TEMoтипах колебаний с малым продольным индексом q = 13. Апертура зеркал ОР выбирается минимальной для обеспечения добротности колебаний в ОР не выше Q = 4001000. Преимущества: удается существенно снизить вес МФС и самого прибора; повышается эффективность взаимодействия за счет практически полного перехвата всего дифракционного излучения электронного пучка и более быстрого энергообмена между пучком и резонансным колебанием. Недостатки: снижение стабильности частоты и сгущение спектра возбуждаемых колебаний.
1.4 Оптимизация открытой резонансной системы ГДИ методами электромагнитного моделирования
Открытая резонансная система представляет своеобразное «сердце» ГДИ, определяя его основные частотные и энергетические характеристики. Вторым существенным элементом прибора выступает электроннооптическая система, формирующая электронный пучок с необходимой плотностью тока и скоростными характеристиками, а для пакетированных ГДИ существенным элементом является и МФС, обеспечивающая магнитное сопровождение электронного пучка.
Используемые в ГДИ развитые ОРС с многоуровневыми зеркалами представляют сложные объекты для электромагнитного моделирования их свойств, поэтому первые исследования свойств колебаний в таких системах проводились экспериментальными методами. Необычное поведение резонансных колебаний в таких ОРС было обнаружено уже в первых экспериментальных исследованиях 12, где в обозначении колебаний постоянно присутствовала приставка «квазиTEM». Теоретические результаты были получены для простейших ОР с гладкими зеркалами и зачастую не могли быть привлечены для объяснения таких явлений, как изрезанность амплитудной характеристики ГДИ по диапазону перестройки, спектральный состав и вырождение колебаний в ОРС. С другой стороны, достаточно хорошо развитые теоретические методы анализа генераторов с длительным взаимодействием не могли быть применены в полной мере к ГДИ изза отсутствия достоверной информации о реальной амплитуде пространственных гармоник поля периодической структуры и добротности возбуждаемых колебаний. К настоящему времени наметился существенный прогресс в развитии строгих методов электродинамического анализа пространственно развитых открытых резонансных систем. Так, для анализа свойств колебаний в ОР, образованного плоским и уголковоэшелеттным зеркалами удалось применить алгоритм, развитый для исследования многомодовых волноводных разветвлений 27. Это впервые дало возможность выявить нетрадиционные свойства колебаний в сложных ОРС.
Для двухмерных зеркал конечной толщины и произвольным профилем поверхности удалось разработать эффективный алгоритм, позволяющий смоделировать главные особенности открытой резонансной системы ГДИ. В математической модели ОРС зеркала представляются в виде незамкнутых цилиндрических проводящих экранов, а отражательная решетка представляется в виде прямоугольной канавки на зеркале 32. Радиус скругления для ребер канавки в теоретической модели выбирается близким к эксперименту. Прямоугольная канавка превращает зеркало в двухуровневую отражающую поверхность, что происходит и в реальной ОРС при размещении на зеркале ограниченной отражательной решетки.