ISSN 0869-6632 (Online)
ISSN 2542-1905 (Print)


Cite this article as:

Solncev V. A. Theory of waveguides excitation. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2009, vol. 17, iss. 3, pp. 55-89. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2009-17-3-55-89

Language: 
Russian

Theory of waveguides excitation

Autors: 
Solncev Viktor Anatolevich, Moscow Insitute of Electronics and Mathematics of National Research University "Higher School of Economics"
Abstract: 

The theory of waveguide excitation is presented, based on expansions of the electromagnetic ?eld by proper waves of waveguide. Necessary properties of smooth and periodic waveguides, including the conditions of orthogonality of plane and the volume of the waveguide are given. Main properties of pseudo-periodic waveguides are described. Thisis a new class of waveguide systems. Di?erent forms of the waveguides-excitation theory are considered. The waveguide form of the theory uses the expansion of the excited electromagnetic ?eld by series of proper waves at a frequency of excitation, and with unexpansable part of the ?eld, which may be caused by the longitudinal current (L. Weinstein), or by quasi-static ?eld (V. Solntsev), etc. Essential improvement of series convergen at quasi-static ?eld separation is proved. Another, waveguide-resonator form of the waveguide-excitation theory uses the expansion of a ?eld by series of proper waves with?xed wave-numbers and di?erent frequencies. In this case the quasi-static electric ?eldis separated also. The equivalence of waveguide form and resonator form o excitation theory is proved. The analyze of total excited electromagnetic ?eld is carried out. A ?nitedi?erence equation of excitation of modes is given with no singularities and applicable inside, outside, and on the boundary of waveguides bandwidth. The possibility is notes of dynamic correction in?uence on electrons interaction laws in the charge space.

Key words: 
DOI: 
10.18500/0869-6632-2009-17-3-55-89
References: 

1. Солнцев В.А. Теория возбуждения волноводов // Материалы школы-семинара. XIV Международная зимняя школа-семинар по электронике сверхвысоких частот и радиофизике. Саратов, 3–8 февраля 2009. Саратов: Издательский центр «РATA», 2009. С. 89. 2. Shelkunoff S.A. Electromagnetic Waves. New York, 1944. 3. Мандельштам Л.И. Некоторые вопросы, связанные с возбуждением и распространением электромагнитных волн в трубах // ЖТФ. 1945. Т. 15, No 9. С. 461. 4. Вольман И.И. Возбуждение электромагнитных волн линейным вибратором в прямоугольном волноводе // Радиотехника. 1946. Т. 1, No 9. С. 18. 5. Слэтер Дж. Передача ультракоротких радиоволн. М.;Л.: ОГИЗ, Гос. изд-во техн.-теор. лит-ры, 1946. 6. Фельд Я.Б. Об одном методе расчета возбуждения волноводов, экзо-и эндовибраторов // ЖТФ. 1947. Т. 17, No 12. С. 1471. 7. Кисунько Г.В. К теории возбуждения радиоволноводов // ЖТФ. 1946. Т. 51, No 3. С. 195. 8. Кисунько Г.В. Электродинамика полых систем. Ленинград, ВКАС, 1949. 9. Самарский А.А., Тихонов А.Н. О возбуждении радиоволноводов // Ч. I – ЖТФ. 1947. Т. 17, вып. 11. С. 1283; Ч. II – ЖТФ. 1947. Т. 17, вып. 12. С. 1431; Ч. 4. – III ЖТФ. Т. 18, вып. 7. C. 971. 10. Пирс Дж.Р. Лампа с бегущей волной / Пер. с англ. под ред. В.Т. Овчарова М.: «Советское радио», 1952. 11. Вайнштейн Л.А. Возбуждение волноводов // ЖТФ. 1953, Т. 23. C. 654. 12. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. 13. Вайнштейн Л.А. Электронные волны в периодических структурах // ЖТФ. 1957. Т. 27, No 10. С. 2340. 14. Солнцев В.А. Возбуждение однородных и периодических волноводов сторонними токами // ЖТФ. 1968. Т. 38, No 1. С. 100. 15. Солнцев В.А., Ромашин Н.Л. К построению разных форм теории возбуждения периодических волноводов // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, No 9. С. 1811. 16. Слэтер Дж. Электроника сверхвысоких частот. М.: «Советское радио», 1948. 17. Ахиезер А.И., Любарский Г.Я., Фейнберг Я.Б. Об эффекте Черенкова и сложном эффекте Допплера // ДАН СССР. 1950. Т. LXXIII, No 1. С. 55. 18. Солнцев В.А. Нелинейные явления и пространственный заряд в электронных приборах СВЧ типа О. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.- мат. наук. Центральный ордена Ленина научно-исследовательский радиотехнический институт. Москва, 1972 г. 19. Солнцев В.А. Распространение волн в периодических электронных потоках и их взаимодействие с электромагнитным полем волноводных систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. Московский ордена Ленина и ордена Трудового красного знамени государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, 1960 г. 20. Solntsev V.A. Mode selection in pseudoperiodical waveguides and slow-wave structures //Proc. SPIE, v. 2250. Conference Digest. International Conference on Milli-meter and Submillimeter waves and Application. 10–14 January 1994, San Diego, California. P. 399–400. 21. Солнцев В.А. Неоднородные замедляющие системы с селекцией волн // Междунар. конф. 100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождение радиотехники. 50-я научная сессия, посвященная дню Радио. Май 1995. Тезисы докл. Ч. II, Москва, 1995. С. 136. 22. Solntsev V.A., Solntseva K.P. Mode selection in pseudoperiodical waveguides and slow-wave structures // Trans. Black Sea region Symposium on Applied Electro-magnetism, Metsovo, Epirus-Hellas, N.T.U.A. Press, Athens, 1996, MMWS, p. 13. 23. Солнцев В.А. Псевдопериодические волноводы с селекцией пространственных гармоник и мод // Радиотехника и электроника. 1998. Т. 43, No 11. С. 1285. 24. Краснушкин П.Е., Моисеев Е.И. О возбуждении вынужденных колебаний в слоистом радиоволноводе // ДАН СССР. 1982. Т. 264, No 5. С. 1123. 25. Боголюбов А.Н., Делицын А.А., Свершников А.Г. О полноте системы собственных и присоединенных функций волновода // Журн. выч. мат-ки и математич. физики. 1998. Т. 38, No 11. С. 1891. 26. Боголюбов А.Н., Делицын А.А., Свершников А.Г. О задаче возбуждения волновода с неоднородным заполнением // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1999. Т. 39, No 11. С. 1869. 27. Боголюбов А.Н., Делицын А.А., Свершников А.Г. О задаче возбуждения бегущих волн в радиоволноводе локальным током // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45, No 9. С. 1084. 28. Фельд Я.Б. Теорема взаимности для неустановившихся процессов в электродинамике // ДАН СССР. 1943. Т. 41, No 7. С. 7. 29. Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: Фазис, 2002. 30. Рапопорт Г.Н. О соответствии энергетических и фазовых характеристик электрических фильтров // ЖТФ. 1954. Т. 24, No 8. С. 1496. 31. Солнцев В.А. Плоские спиральные системы с постоянной радиальной фазовой скоростью волн // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39, No 4. С. 552. 32. Солнцев В.А., Никонов Д.Ю. Пространственная и частотная селекция волн в псевдопериодических замедляющих системах // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, No 8. С. 1008. 33. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. Радио, 1973 34. Власов А.А. Макроскопическая электродинамика. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1955. 35. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.: Сов. Радио, 1971. 36. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники СВЧ. М.: Сов. Радио, 1971. 37. Канавец В.И. Кулоновская калибровка потенциалов и уравнения нелинейной теории мощных приборов с электронными пучками // Вестник МГУ. Серия III, Физика и астрономия. 1975. Т. 16, No 2. С. 159. 38. Нечаев В.Е. Неустойчивость пучка релятивистских электронов в диафрагмированном волноводе. II // Известия вузов. Радиофизика. 1977. Т. 5. С. 744. 39. Лошаков Л.Н., Пчельников Ю.Н. Теория и расчет усиления лампы с бегущей волной. М.: Сов.Радио, 1964. 40. Лошаков Л.Н., Ольдерогге Е.Б., Пчельников Ю.Н. // Радиотехника и электроника. 1965. Т. 10, No 4. С. 681 41. Ромашин Н.Л., Солнцев В.А. Исследование нерезонансных полей в электронно-волновых системах О-типа // Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33, No 3. С. 569. 42. Клеен В., Пёшль К. Введение в электронику сверхвысоких частот. Ч. II / Перевод с немецкого под ред. В.А. Солнцева. М.: Сов. Радио, 1963. 43. Аркадакский С.С., Цикин Б.Г. Уравнения возбуждения однородных волноведущих систем на частоте отсечки // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21, No 3. С. 608. 44. Солнцев В.А., Кравченко Н.П. Волновая линейная теория ЛБВ вблизи границы полосы пропускания // Радиотехника и электроника. 1978. Т. 23, No 5. С. 1103. 45. Осин А.В., Солнцев В.А. Электронные волны в запредельных периодических структурах // Радиотехника и электроника. 1978. Т. 24, No 7. с. 1380. 46. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. О характере неустойчивости в ЛБВ вблизи границы полосы пропускания // Изв. вузов. Радиофизика. 1980. Т. 23, No 9. С. 1104. 47. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П., Рожнев А.Г., Блохина Е.В., Булгакова Л.В. Волновая теория ЛБВ вблизи границы полосы пропускания // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т. 47, No 6. С. 399. 48. Солнцев В.А., Мухин С.В. Разностная форма теории возбуждения периодических волноводов // Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36, No 11. С. 2161. 49. Солнцев В.А. Три лекции по теории лампы с бегущей волной // Лекции по СВЧ электронике и радиофизике. 10-я зимняя школа-семинар, кн. 1(I). Саратов: ГосУНЦ «Колледж», 1996. С. 76. 50. Гаврилов М.В., Трубецков Д.И., Фишер В.Л. Теория цепочек активных многополюсников с электронным возбуждением (модель взаимодействия электронного пучка с полями связанных резонаторов) // Лекции по электронике СВЧ и радиофизике (5-я зимняя школа-семинар инженеров), кн. 1. Саратов: Изд-во Саратовского университета. 1981. С. 173. 51. Солнцев В.А., Колтунов Р.П. Анализ уравнений дискретного электронно-волнового взаимодействия и группировки электронных потоков в периодических и псевдопериодических замедляющих системах // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53, No 6. С. 738. 52. Koltunov R.P., Solntsev V.A. The theory of electron-wave interaction in the TWT with pseudoperiodic slow-wave systems // Book of Abstract and Conference Program. 10-th International Vacuum Electronic Conference, 28–30 April 2009 (IVEC-2009), Rome. 53. Никольский В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики. М.: «Наука», 1967. 54. Свешников А.Г. //Научные доклады высшей школы. Физ-мат. науки. 1959. No 2. 55. Свешников А.Г. // Изв. вузов. Радиофизика. No 2, 5. 56. Ильинский А.С., Свешников А.Г. // Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1968. T. 8, No 2. 57. Кураев А.А. Теория и оптимизация электронных приборов СВЧ. Минск: Наука и техника, 1979. 58. Дж. Е. Роу. Теория нелинейных явлений в приборах СВЧ. М.: Сов. Радио. 1969.

Short text (in English): 
Full text: