ДВУХПОТОКОВАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ – ВОЛНОВЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

Данная статья является первой из двух частей обзора, посвященного явлению двух-пучковой неустойчивости в электронике сверхвысоких частот. Целью обзора является освещение по возможности наиболее полного списка существующих на сегодняшний день трудов, посвященных различным моделям и методам анализа двухпучковой неустойчивости. В первой части собраны те работы, которые вместе, на наш взгляд, наиболее полно описывают развитие идей двухпотоковой неустойчивости в электронике СВЧ. Среди этих работ присутствуют как пионерские работы, положившие начало исследованиям в данной области, так и многочисленные работы исследователей, нацеленные на расширение горизонтов применения данного явления. Первая часть охватывает временной интервал с момента первой публикации на данную тему, начала 40-х годов прошлого века, до момента, когда интерес исследователей к данной области начал значительно снижаться, конца 90-х годов прошлого века. Во вторую часть вынесены наиболее актуальные работы по применению двухпотоковой неустойчивости в электронике СВЧ,вышедшие за последние несколько лет. Выход этих работ в свет подтвердил вновь растущий интерес зарубежных исследователей к данному явлению, что и послужило толчком к созданию данного обзора.

DOI:10.18500/0869-6632-2016-24-1-37-74

Ссылка на статью: Титов А.В. Двухпотоковая неустойчивость – волновые линейные и нелинейные явления на сверхвысоких частотах. Часть I // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2016. Т. 24, No 1. С. 37–74.

Литература

1. Лопухин В.М. Новый вид усилителя микрорадиоволн // УФН. 1950. Т. XL, вып. 4. С. 592.

2. Бриггс Р. Двухпучковая неустойчивость // Достижения физики плазмы. Т. 3, 4. М.: Изд-во «Мир», 1974.

3. Bishofberger K., Carlsten B.E., Faehl R. Generation of millimeter and sub-millimeter radiation in a compact oscillator utilizing the two-stream instability // IVEC, april 22–24, 2008. P. 164.

4. Bishofberger K., Carlsten B., Faehl R. // Proceedings of LINAC08, Victoria, BC, Canada, 1D-FELs, 504.

5. Svimonishvili T., Bishofberger K., Faehl R.J., Carlsten B.E. // Abstracts IEEE International Conference on Plasma Science, 2010. P. 201.

6. Ke Li, Wenxin Liu, Yong Wang, and Miaomiao Cao. Dispersion characteristics of two-beam folded waveguide for terahertz radiation // IEEE Transactions on Electron Devices. 2013. Vol. 60, No 12.

7. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. Глава 7. 1984.

8. Михайловский А.Б. Теория неустойчивости плазмы. Т. 1. Неустойчивости однородной плазмы. М.: Атомиздат, 1971.

9. Piddington J.H. Growing Electromagnetic Waves // Phys. Rev. 1956. No 1, 9. P. 9.

10. Ахиезер А.И., Половин Р.В. Критерии нарастания волн // УФН. 1971. T. 104, вып. 2.

11. Федорченко А.М., Коцаренко Н.Я. Абсолютная и конвективная неустойчивость в плазме и твердых телах. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981.

12. Nergaard L.S. Analysis of a simple model of a two-beam growing-wave tube // RCA Review. 1948. Vol. 9. P. 585.

13. Haeff A. The electron-wave tube – a novel method of generation and amplification of microwave energy // Proc. IRE. 1949. Vol. 37, January. P. 4.

14. Pierce J.R., Hebenstreit W.B. A new type of high-frequency amplifier // Bell Sys. Tech. Journal. 1949. P. 33.

15. Hollenberg B.A. Experimental observations of amplification by interaction between two electron streams // Bell Sys. Tech. Journal. 1949. P. 52.

16. Pierce J.R. Double-stream amplifiers // Proc.IRE. September 1949. P. 980.

17. Pierce J.R. Increasing space charge waves // J. Appl. Phys. November 1949. Vol. 20. P. 1060.

18. Pierce J.R., Walker L.R. Growing waves due to transverse velocities // Bell Sys. Tech. Journal. January 1956. P. 109.

19. Gordon Kent. Space charge waves in inhomogeneous electron beams // J. Appl.Phys. 1954. Vol 25, No 1.

20. Beam W.R. On the possibility of amplification in space-charge-potential-depressed electron streams // Proc. IRE. April 1955. P. 454.

21. Mihran T.G. Rf current behavior in electron beams with dc velocity spread // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33, No 4. P. 1582.

22. Rome J.A. and Briggs R.J. Stability of sheared electron flow // Physics of Fluids. 1972. Vol. 15, No 5. P. 796.

23. Желязков И.И. К теории устойчивости изолированного ограниченного электронного пучка с градиентом скорости // ЖТФ. 1970. Т. 40, вып. 2. С. 265.

24. Siegman A.E. Analysis of multivelocity electron beam by the density-function method // J. Appl. Phys. 1957. Vol. 28, No 10. P. 1132.

25. Siegman A.E., Watkins D.A., Hsieh H.-C. Density-function calculations of noise propagation on an accelerated multivelocity electron beam // J. Appl. Phys. 1957. Vol. 28, No 10. P. 1138.

26. Dawson J.M. Plasma oscillations of a large number of electron beams // Phys. Rev. 1960. Vol. 118, No 2. P. 381.

27. Watkins D.A. The effect of velocity distribution in a modulated electron stream // J. Appl. Phys. 1952. Vol. 23, No 5.

28. Лопухин В.М. Возбуждение электромагнитных колебаний и волн электронными потоками. М.: Гостехиздат, 1953. 324 с.

29. Власов А.А. О вибрационных свойствах электронного газа // ЖЭТФ. 1938. Т. 8, No 3. С. 291.

30. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. радио, 1973. 400 с.

31. Родак М.И. К учету теплового движения электронов в двулучевом усилителе // ЖТФ. 1955. Т. 25, вып. 4. С. 644.

32. Бергнер Ю.К. К теории колебаний взаимодействующих электронных потоков // Доклады Академии наук СССР. 1951. Т. LXX VIII (78), No 3. C.435.

33. Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987.

34. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975.

35. Стикс Т. Теория плазменных волн. М.: Атомиздат, 1965.

36. Варнеке Р. Эволюция принципов действия современных электровакуумных приборов для с.в.ч. // Миллиметровые и субмиллиметровые волны / Под ред. Р.Г. Мириманова. М.: Издательство иностранной литературы, 1959.

37. Голант М.Б., Тагер А.С. Сравнение механизмов работы электронно-волновой лампы и других приборов с.в.ч. // Научно-технический сборник «Электроника». 1958, No 10. С. 88.

38. Лоусон Дж. Физика пучков заряженных частиц. М.: Мир, 1980.

39. Lashmore-Davies C.N. Two-stream instability, wave energy, and the energy principle // Physics of Plasmas. 2007. Vol.14. 092101.

40. Люиселл У. Связанные и параметрические колебания в электронике / Под ред. А.Н. Выставкина; пер. с англ. В.И. Трифонова, Ю.Л. Хотунцева. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 351 с.

41. Sturrock P.A. In what sense do slow waves carry negative energy? // J. Appl. Phys. 1960. 31. P.2052.

42. Sturrock P.A. Kinematics of growing waves // Phys. Rev. 1958. Vol. 112, No 5. P. 1488.

43. Haus H.A. The kinetic power theorem for parametric, longitudinal, electron-beam amplifiers // IRE Transactions on Electron Devices, October, 1958.

44. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. Радио, 1970. 584 с.

45. Филимонов Г.Ф. Нелинейная теория двухлучевой электронной лампы. Ч.1. Вывод и исследование уравнений // Радиотехника и Электроника. 1959, No 3. С. 489.

46. Филимонов Г.Ф. Нелинейная теория двухлучевой электронной лампы. Ч.2. Результаты вычислений // Радиотехника и Электроника. 1959, No 5. С. 832.

47. Mihran T. Nonlinear limiting of the double-stream instability // J. Appl. Phys. 1966. Vol. 37, No 2. P. 624.

48. Yu S.P., Mihran T. Nonlinear rf behavior of electron beams with velocity distribution. I. General analysis // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34, No 10. P. 2972.

49. Yu S.P., Mihran T. Nonlinear rf behavior of electron beams with velocity distribution. II. Application to rectangular velocity distribution // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34, No 10. P. 2976.

50. Busnardo-Neto J., Rowe J.E. Simulation of the two-stream convective instability // Physics of Fluids. 1974. Vol. 17, No 6.

51. Philips P.M., Zaidman E.G., Freund H.P., Ganguly A.K., Vanderplaats N.R. Review of two stream amplifier performance // Naval Research Laboratory Memorandum Report 6382, March 1989.

52. Buneman O. Dissipation of currents in ionized media // Phys. Rev. 1959. Vol. 115, No 3. P. 503.

53. Dawson J.M. Investigation of the double-stream instability // Nuclear Fusion (Austria), Vol. Suppl. 2, Pt. 3, received 31 Dec 1963.

54. Freidberg J.P., Armstrong P.T. Nonlinear development of the two-stream instability // Physics of Fluids. 1968. Vol.11. P. 2669.

55. Roberts K.V., Berk H.L. Nonlinear evolution of a two-stream instability // Phys. Rev. Lett. 1967. Vol. 19. P. 297.

56. Руткевич Б.Н., Руткевич П.Б. Развитие неустойчивости диспергирующих волн в двухпотоковой плазме // Физика плазмы. 1980. Т. 6. No 3. С. 538.

57. Руткевич Б.Н., Пащенко А.В., Федорченко В.Д., Муратов В.И. Нелинейные волны объемного заряда в плазменном слое // ЖТФ. 1972. Т. 42. Вып. 3. С. 493.

58. Руткевич Б.Н., Пащенко А.В., Федорченко В.Д., Мазалов Ю.П. Стационарные волны в ограниченной плазме // ЖТФ. 1977. Т. 47. Вып. 1. С. 112.

59. Бернашевский Г.А., Воронов П.С., Изюмова Т.И., Чернов З.С. Экспериментальное исследование двухлучевых электронно-волновых систем // Радиотехника и Электроника. 1959. No 10. С. 1666.

60. Каплун З.Ф. Влияние пространственного разделения двух слоисто-перемешанных электронных потоков на усиление электронно-волновой лампы // Вопросы радиоэлектроники. Серия 1. Электроника. 1960, No 4. С. 42.

61. Канавец В.И., Кузьмина Г.А., Лопухин В.М. Шумы двухлучевой лампы, вызванные дробовыми флуктуациями в потоках // Радиотехника и электроника. 1958, No 6. C. 800.

62. Лопухин В.М., Рошаль А.С., Кузьмина Г.А. Линейная теория двулучевых ЛОВ- и ЛБВ-усилителей // Радиотехника и Электроника. 1960. No 11. С. 1837.

63. Dunn D.A., Sackman G.L. Interaction of two beams with a cavity // International Journal of Electronics. 1965. Vol. 18. Issue 2. P. 181.

64. Цейтлин М.Б., Кац А.М. Лампа с бегущей волной. Монография. М.: Советское радио, 1964. 308 с.

65. Rowe J.E. Theory of crestatron: A forward-wave amplifier // Proc. IRE. April 1959. Vol. 47. P. 536.

66. Dow W.G., Rowe J.E. General aspects of beating-wave amplification // Proc. IRE. 1960. Vol. 48, No 1. P. 115.

67. Лопухин В.М., Рошаль А.С. Усилитель на встречных электронных потоках // Радиотехника и электроника. 1962. No 4. С. 643.

68. Трубецков Д.И., Титов А.В., Фунтов А.А. Об интерференционном усилении в электронно-волновой лампе (линейная теория) // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39, вып. 21. С. 86.

69. Chen C., Catravas P., Bekefi G. Growth and saturation of stimulated beam modulation in a two-stream relativistic klystron amplifier // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 62. 1579.

70. Uhm H.S. A theory of two-stream instability in two hollow relativistic electron beams // Physics of Fluids. 1993. Vol. 5, No 9. P. 3388.

71. Подин С.В., Трубецков Д.И. Линейная теория двухлучевого оротрона // Радиотехника и электроника. 1995. No 8. С. 1273.

72. Vural B. Analysis of double-stream interactions in the presence of a finite axial magnetic field // RCA Rev. 1961. Vol. 22. P. 753.

73. Vural B. Double-stream cyclotron wave amplifier // IEEE Transactions on Electron Devices. 1968. Vol. ED-15, No 1. P. 2.

74. Wadhwa R.P. Multiple-beam crossed-field interaction // Journal of Electronics and Control. 1964. Vol. 16. Issue 2. P. 121.

75. Bekefi G. Double stream cyclotron maser // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 71. 4128.

76. Chen C., Bekefi G., Hu W. Linear and nonlinear analysis of the cyclotron two-stream instability // Physics of Fluids B 5. 1993. 4490.

77. Bekefi G., Jacobs K.D. Two-stream, free electron lasers // J. Appl. Phys. 1982. Vol. 53. Issue 6. P. 4113.

78. Солнцев В.А., Тагер А.С. О периодическом взаимодействии электронных потоков // Известия вузов. Радиофизика. 1959. Т. II, No 1. С. 101.

79. Солнцев В.А., Тагер А.С. Электронные волны и их взаимодействие с полем волноводных систем // Радиотехника и электроника. 1959. No 10. С. 1652.

80. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Дискретное взаимодействие двух электронных потоков // Известия вузов СССР. Радиотехника. 1962. Т. V, No 2. С. 143.

81. Шевчик В.Н., Шведов Г.Н., Соболева А.В. Волновые колебательные явления в электронных потоках на сверхвысоких частотах. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1962.

82. Zhang Y. and Dong L. Enhanced coherent terahertz Smith–Purcell superradiation excited by two electron-beams // Optics Express. 2012. Vol. 20, No 20.

83. Zhang Y., Zhou Y., Dong L. THz radiation from two electron-beams interaction within a bi-grating and a subwavelength holes array composite sandwich structure // Optics Express. 2013. Vol. 21, No 19.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):