THREE-­DIMENSIONAL SIMULATION OF VIRTODE WITH TOROIDAL CAVITIES


Cite this article as:

Kurkin S. A., Koronovskii A. A., Hramov A. E., Egorov Е. N., Filatova А. Е., Magda . ., Melegik О. G. THREE-­DIMENSIONAL SIMULATION OF VIRTODE WITH TOROIDAL CAVITIES. Izvestiya VUZ, Applied Nonlinear Dynamics, 2012, vol. 20, iss. 5, pp. 121-136 DOI: 10.18500/0869-6632-2012-20-5-121-136


The results of preliminary 3D fully electromagnetic simulation of microwave generator with virtual cathode and external feedback loop (virtode) are discussed in this paper. The feedback is realized by the velocity modulation of electron beam in the accelerating gap of electron gun with the electromagnetic signal taken with output cavity placed in the virtual cathode area. It has been shown that there is a possibility of increase of power and regularity of oscillations by adjusting the feedback resonators and possibility of generation at higher harmonics of virtual cathode oscillations in the system. In the future, it can be used to increase the frequency of vircator generation by creating the virtode frequency multiplier with cavities tuned to the higher harmonics of virtual cathode oscillations.

DOI: 
10.18500/0869-6632-2012-20-5-121-136
Literature

1. Granatstein V.L., Alexeeff I. High Power Microwave Sources. Artech House Microwave Library, 1987.

2. Дубинов А.Е., Селемир В.Д. Электронные приборы с виртуальным катодом // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, No 6. С. 575.

3. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков: В 2-х томах. М.: Физматлит, 2003.

4. Диденко А.Н., Красик Я.Е., Перелыгин С.Ф., Фоменко Г.П. Генерация мощного СВЧ-излучения релятивистским электронным пучком в триодной системе // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5, No 6. С. 321.

5. Диденко А.Н., Жерлицын А.Г., Сулакшин А.С. и др. Генерация мощного СВЧ-излучения в триодной системе сильноточным пучком микросекундной длительности // Письма в ЖТФ. 1983. Т. 9, No 24. С. 48.

6. Mahaffey R.A., Sprangle P.A., Golden J., Kapetanakos C.A. High-power microwaves from a non-isochronous reflecting electron system // Phys. Rev. Lett. 1977. Vol. 39, No 13. P. 843.

7. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. К вопросу о механизме возникновения хаотической динамики в вакуумном СВЧ-генераторе на виртуальном катоде // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Vol. XLI, No 9. P. 1137.

8. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. Сложное поведение электронного потока c виртуальным катодом и генерация хаотических сигналов в виртодных системах // Изв. РАН. Сер. физич. 1997. Т. 61, No 12. С. 2391.

9. Benford J., Swegle J.A., Schamiloglu E. High Power Microwaves. CRC Press, Taylor and Francis, 2007.

10. Короновский А.А., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Методы нелинейной динамики и хаоса в задачах электроники сверхвысоких частот. Т. 2: Нестационарные и хаотические процессы. М.: Физматлит, 2009.

11. Гадецкий Н.Н., Магда И.И., Найстетер С.И., Прокопенко Ю.В., Чумаков В.И. Генератор на сверхкритическом токе РЭП с управляемой обратной связью – виртод // Физика плазмы. 1993. Т. 19, No 4. С. 530.

12. Jiang W., Masugata K., Yatsui K. New configuration of a virtual cathode oscillator for microwave generation // Phys. Plasmas. 1995. Vol. 2, No 12. P. 4635.

13. Калинин Ю.А., Кузнецов Н.Н., Украинская Т.Н. Исследование широкоплосных шумоподобных колебаний в интенсивных пучках заряженных частиц в режиме образования виртуального катода // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2002. Т. 10, No 5. С. 32.

14. Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Левин Ю.И., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Вакуумные генераторы широкополосных хаотических колебаний на основе нерелятивистских электронных пучков с виртуальным катодом // Изв. РАН. Cер. физич. 2005. Т. 69, No 12. С. 1724.

15. Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е., Егоров Е.Н., Филатов Р.А. Экспериментальное и теоретическое исследование хаотических колебательных явлений в нерелятивистском электронном потоке с виртуальным катодом // Физика плазмы. 2005. Т. 31, No 11. С. 1009.

16. Куркин С.А., Храмов А.Е., Короновский А.А. Генерация хаотических сигналов в низковольтном генераторе на виртуальном катоде с экранированным от внешнего магнитного поля источником электронов // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, No 3. С. 102.

17. Куркин С.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Мощность выходного СВЧ-излучения низковольтного генератора на виртуальном катоде с внешним неоднородным магнитным полем // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, No 8. С. 26.

18. Куркин С.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Формирование и динамика виртуального катода в трубчатом электронном пучке во внешнем магнитном поле // ЖТФ. 2009. Т. 79, No 10. С. 119.

19. Hramov A.E., Koronovsky A.A., Kurkin S.A., Rempen I.S. Chaotic oscillations in electron beam with virtual cathode in external magnetic field // Int. J. Electronics. 2011. Vol. 98, No 11. P. 1549.

20. Hramov A.E., Koronovskii A.A., Kurkin S.A. Numerical study of chaotic oscillations in the electron beam with virtual cathode in the external non-uniform magnetic fields // Phys. Lett. A. 2010. Vol. 374. P. 3057.

21. Benford J., Price D., Sze H., Bromley D. Interaction of a vircator microwave generator with an enclosing resonant cavity // Journal of Applied Physics. 1987. Vol. 61, No 5. P. 2098.

22. Храмов А.Е. О влиянии обратной связи на характеристики генерации прибора с виртуальным катодом // Радиотехника и электроника. 1999. Т. 44, No 1. С. 116.

23. Friedman M., Krall J., Lau Y.Y., Serlin V. Efficient generation of multi-gigawatt rf power by a klystron-like amplifier // Rev. Sci. Instrum. 1990. Vol. 61. P. 171.

24. Tsimring S.E. Electron beams and microwave vacuum electronics. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2007.

25. Рошаль А.С. Моделирование заряженных пучков. М.: Атомиздат, 1979.

26. Birdsall C.K., Langdon A.B. Plasma physics, via computer simulation. NY.: McGraw-Hill, 1985.

27. Свешников А.Г., Якунин С.А. Численные модели бесстолкновительной плазмо-динамики // Математическое моделирование. 1989. Т. 1, No 4. С. 1. 

28. Anderson T.M., Mondelli A.A., Levush B., Verboncoeur J.P., Birdsall C.K. Advances in modelling and simulation of vacuum electron devices // Proceedings IEEE. 1999. Vol. 87, No 5. P. 804.

29. Егоров Е.Н., Храмов А.Е. Исследование хаотической динамики в электронном пучке с виртуальным катодом во внешнем магнитном поле // Физика плазмы. 2006. Т. 32, No 8. С. 742.

30. Григорьев А.Д. Современные методы моделирования нестационарных электромагнитных полей // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1999. Т. 7, No 4. С. 48.

31. Boris J.P., Lee R. Optimization of particle calculations in 2 and 3 dimensions // Commun. Math. Phys. 1969. Vol. 12. P. 131.

32. Диденко А.Н. Механизм генерации мощных СВЧ-колебаний в виркаторе // ДАН. 1991. Т. 321, No 4. С. 727.

33. Диденко А.Н., Ращиков В.И. Генерация мощных СВЧ-колебаний в системах с виртуальным катодом // Физика плазмы. 1992. Т. 18. С. 1182.

34. Алимовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М.: Сов. радио, 1966.

35. Храмов А.Е. Хаос и образование структур в электронном потоке с виртуальным катодом в ограниченном пространстве дрейфа // Радиотехника и электроника. 1999. Т. 44, No 5. С. 551.

36. Короновский А.А., Храмов А.Е. Исследование когерентных структур в электронном пучке со сверхкритическим током с помощью вейвлетной бикогерентности // Физика плазмы. 2002. Т. 28, No 8. С. 722.

37. Hramov A.E., Rempen I.S. Investigation of the complex dynamics and regime control in Pierce diode with the delay feedback// Int. J. Electronics. 2004. Vol. 91, No 1. P. 1.

38. Hramov A.E., Koronovskii A.A., Rempen I.S. Controlling chaos in spatially extended beam-plasma system by the continuous delayed feedback // Chaos. 2006. Vol. 16, No 1. P. 013123.

Status: 
одобрено к публикации
Short Text (PDF): 

BibTeX

@article{Куркин -IzvVUZ_AND-20-5-121,
author = {Semen Andreevich Kurkin and A. A. Koronovskii and A. E. Hramov and Е. N. Egorov and А. Е. Filatova and I. I. Magda and О. G. Melegik},
title = {THREE-­DIMENSIONAL SIMULATION OF VIRTODE WITH TOROIDAL CAVITIES},
year = {2012},
journal = {Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics},
volume = {20},number = {5},
url = {http://andjournal.sgu.ru/en/articles/three-dimensional-simulation-of-virtode-with-toroidal-cavities},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2012-20-5-121-136},pages = {121--136},issn = {0869-6632},
keywords = {Virtode,microwave generator,virtual cathode,nonlinear dynamics,microwave electronics,vircator,wideband generation,numerical simulation.},
abstract = {The results of preliminary 3D fully electromagnetic simulation of microwave generator with virtual cathode and external feedback loop (virtode) are discussed in this paper. The feedback is realized by the velocity modulation of electron beam in the accelerating gap of electron gun with the electromagnetic signal taken with output cavity placed in the virtual cathode area. It has been shown that there is a possibility of increase of power and regularity of oscillations by adjusting the feedback resonators and possibility of generation at higher harmonics of virtual cathode oscillations in the system. In the future, it can be used to increase the frequency of vircator generation by creating the virtode frequency multiplier with cavities tuned to the higher harmonics of virtual cathode oscillations. }}