О ВОЗМОЖНОМ ТЕОРЕТИЧЕСКОМ ПОДХОДЕ В ЛИНЕЙНОЙ ТЕОРИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛБВ И ПРИБОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ МЕТАМАТЕРИАЛЫ

В работе представлен краткий обзор теории устройств, использующих диэлектрик в

качестве электродинамической системы. Основной акцент сделан на рассмотрении диэлектрического мазера Черенкова и усилителя на поглощении. Обращение к рассмотрению данных устройств связано прежде всего с перспективой их применения в коротковолновой части диапазона. Описан принцип действия диэлектрического мазера Черенкова на примере двумерной модели с планарной геометрией, анализ которой был проведен с помощью теории малого сигнала и ограничен рассмотрением ТМ мод. Получение дисперсионного уравнения для планарного диэлектрического мазера Черенкова заключалось в сшивании полей на границах раздела сред. Указаны основные преимущества данного устройства, в частности, достаточно большое усиление и возможность перестройки в широком диапазоне частот. Описаны основные недостатки и возможности их устранения с помощью включения метаматериала в геометрию диэлектрического мазера Черенкова. Представлено краткое описание изитрона, который по сути являлся первым устройством, использующим метаматериал. Отдельное внимание уделено анализу усилителя на поглощении, в котором достаточно большое усиление и широкая полоса пропускания прибора сочетаются с возможным избавлением от технологических трудностей его изготовления за счет использования метаматериалов. Рассмотрена одномерная модель усилителя на поглощении с комплексной резистивной средой и резонаторными входным и выходным устройствами. Получено дисперсионное уравнение для данного случая и выражение для расчета коэффициента усиления прибора. Построены зависимости параметра изменения плазменной частоты и усиления от характеристик среды.

Образец цитирования: Чижмотря Н.В. О возможном теоретическом подходе в линейной теории диэлектрической ЛБВ и приборов, содержащих метаматериалы // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2017. Т. 25, No 4. С. 59–70. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-4-59-70

Литература

1. Birdsall C.K., Brewer G.R., Haeff A.V. The resistive-wall amplifier // Proceedings of the I.R.E. 1953. Vol. 41. P. 865–875.
2. Birdsall C.K., Whinnery J.R. Waves in an electron stream with general admittance walls // Journal of Applied Physics. 1953. Vol. 24, No.3. P. 314.
3. Лопухин В.М., Веденов А.А. Усилитель на поглощении // Успехи физических наук. 1954. Т. LIII, вып. 1. С. 69–86.
4. Rowe T., Booske J.H., Behdad N. Metamaterial-enhanced resistive wall amplifiers: Theory and particle-in-cell simulations // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. Vol. 43, No.7. P. 2123–2131.
5. Rowe T., Behdad N., Booske J.H. Metamaterial-enhanced resistive wall amplifiers // IEEE International Vacuum Electronics Conference, IVEC-2015.
6. Rowe T., Behdad N., Booske J.H. Metamaterial design for a metamaterial-enhanced resistive wall amplifier // IEEE International Vacuum Electronics Conference, IVEC- 2016. P. 77–78.
7. Ахиезер А.И., Файнберг Я.Б. Медленные электромагнитные волны // Успехи физических наук. 1951. Т. XLIV, вып. 3. С. 321–368.

8. Carlsten B.E. Small-signal analysis and particle-in-cell simulations of planar dielectric Cerenkov masers for use as high-frequency, moderate-power broadband amplifiers // Physics of Plasmas. 2002. Vol. 9, No.5. P. 1789–1800.
9. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот: Обзор // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 1. С. 3–28.
10. Веселаго В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ // Успехи физических наук. 1967. Т. 92, вып. 3. С. 517–526.
11. French D.M., Shiffler D., Cartwright K. Electron beam coupling to a metamaterial structure // Physics of Plasmas. 2013. Vol. 20, No.8. 083116.
12. Вольпян О.Д., Кузьмичёв А.И. Отрицательное преломление волн. Введение в физику и технологию электромагнитных метаматериалов / Под ред. Г.М. Зверева. Киев; Москва: Аверс, 2012. 360 с.

13. Пирс Дж. Лампа с бегущей волной / Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1952.
14. Pierce J.R. The wave picture of microwave tubes // The Bell System Technical Journal. 1954. Vol. 33, No.6. P. 1343–1372.

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):