Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Анфиногентов В. Г., Храмов А. Е. Исследование колебаний в электронном потоке с виртуальным катодом в виркаторе и виртоде // Известия вузов. ПНД. 1999. Т. 7, вып. 2. С. 33-55. DOI: 10.18500/0869-6632-1999-7-2-33-55

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1999no2-3p033.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.385.6
DOI: 
10.18500/0869-6632-1999-7-2-33-55

Исследование колебаний в электронном потоке с виртуальным катодом в виркаторе и виртоде

Авторы: 
Анфиногентов Василий Геннадиевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Храмов Александр Евгеньевич, Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта
Аннотация: 

В работе представлены результаты численного моделирования нелинейной динамики электронного потока с виртуальным катодом в вакуумной трубе дрейфа. Демонстрируется динамическая природа сложных колебаний виртуального катода. Показано, что один из механизмов возникновения хаотической динамики связан с нелинейным взаимодействием между образующимися в потоке электронными структурами — виртуальными катодами. Воздействие на процессы структурообразования путем подключения внешней запаздывающей обратной связи (виртодная схема) позволяет управлять переходами между режимами генерации.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, грант 98-02-16541, а также грантом INCAS-S.
Список источников: 
  1. Физика и техника мощных импульсных систем / Под ред. Е.П. Велихова. M.: Энергатомиздат, 1987.
  2. Бабыкин M.B. Генерация и фокусировка сильноточных релятивистских электронных пучков / Под ред. Л.И. Рудакова. M.: Энергатомиздат, 1990.
  3. Mahaffey RA, Sprangle PA, Golden J, Kapetanakos CA. High—power microwaves from а nonisochronous reflecting electron system. Phys. Rev. Lett. 1977;39(13):843-846. DOI: 10.1103/PhysRevLett.39.843.
  4. Kapetanakos CA, Sprangle PA, Mahaffey RA, Golden J. High—power microwaves from а non—isochronous reflecting electron system (NIRES). US Patent 4150340, 17.04.79. Н 01 T 25/74.
  5. 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, вып. 6. С. 321.
  6. Sullivan DJ. High—power microwave generator using relativistic electron beam in waveguide drift tube. US Patent 4345220, 17.08.82. Н 03 B 9.01.
  7. Pyхадзе A.A., Богданкевич Л.C., Росинский C.E., Рухлин В.Г. Физика сильноточных релятивистских электронных пучков. M.: Атомиздат, 1980.
  8. Богданкевич Л.C., Pyxaose A.A. Плазменная СВЧ электроника // УФН. 1981. Т. 133, Ne 1. С. 3.
  9. Brandt HE. The turbutron. IEEE Trans. Plasma Sci. 1985;13(6):513-519. DOI: 10.1109/TPS.1985.4316466.
  10. Woo W, Benford J, Fittinghoff D, Harteneck B, Price D, Smith R, Sze H. Phase locking of high—power microwave oscillators. J. Appl. Phys. 1989;65(2):861-866. DOI: 10.1063/1.343079.
  11. Sze H, Price D, Woo W, Benford J. Priming and phase locking of high power vircators. In: Book of Abstracts of the 7th Int. Conference on High Power Particle Beams (BEAMS’88). Karlsruhe, 1988. P. 328.
  12. Hramov AE. Influence of external action оn chaotic dynamics оf virtual cathode oscillations. In: Proc. оf 5th Int. Specialist Workshop оn Nonlinear Dynamics оf Electronic Systems (NDES’97).26-27 June, 1997. Moscow, Russia. P. 443.
  13. Anfinogentov VG, Hramov AE. Virtual cathode oscillation driven by the external signal. In: Рrос. оf 6th Int. Specialist Workshop оn Nonlinear Dynamics оf Electronic Systems (NDES’98). 16—18 July, 1998. Budapest, Hungary. P. 307.
  14. Анфиногентов В.Г., Храмов A.E. Неавтономные колебания электронного потока с виртуальным катодом в плоском диодном промежутке // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1997. Т. 5, № 6. С. 61.
  15. Hendricks KJ, Richard А, Noggle RC. Experimental results of phase locking two virtual cathode oscillator. J. Appl. Phys. 1990;68(2):820-825. DOI: 10.1063/1.346762.
  16. Sze H, Price Р, Harteneck В. Phase locking оf two strongly coupled vircators. J. Appl. Phys. 1990;67(5):2278-2282. DOI: 10.1063/1.345521.
  17. Храмов A.E. Колебания системы связанных генераторов на виртуальном катоде виртодного типа // РЭ. 1999. Т. 44, вып. 2. С. 225.
  18. Афонин A.M., Диденко A.H., Пауткин А.Ф., Рошаль A.C. Нелинейная динамика виртуального катода в триодных системах // РЭ. 1992. T. 37, вып. 10. С. 1889.
  19. Привезенцев А.П., Саблин Н.И., Филипенко H.M., Фоменко Г.П. Нелинейные колебания виртуального катода в триодной системе // РЭ. 1992. Т. 37, вып. 7. С. 1242.
  20. Привезенцев А.П., Фоменко Г.П. Сложная динамика потока заряженных частиц с виртуальным катодом // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1994. Т. 2, № 5. С. 56.
  21. Селемир В.Д., Алехин Б.B., Ватрунин В.К., Дубинов A.E., Степанов H.B., Шамро O.A., Шибалко К.В. Теоретические и экспериментальные исследования СВЧ-приборов с виртуальным катодом // Физика плазмы. 1994. Т. 20, № 7.8. С. 689.
  22. Trubetskov DI, Mchedlova ES, Anfinogentov VG, Ponomarenko VI, Ryskin NM. NonIinear waves, chaos аnd patterns in microwave devices. CHAOS. 1996;6(3):358-367. DOI: 10.1063/1.166179.
  23. Трубецков Д.И., Анфиногентов В.Г., Рыскин Н.М., Титов B.H., Храмов A.E. Сложная динамика электронных приборов СВЧ (нелинейная нестационарная теория с позиций нелинейной динамики) // Радиотехника. 1999. Т. 68, № 4. С. 68.
  24. Madon А, Klinger Т. A model for the bifurcations to plasma drift—waves. Physica D. 1997;102(3-4):335-342. DOI: 10.1016/S0167-2789(96)00194-7.
  25. Афанасьева B.B., Трубецков Д.И. Динамический хаос в электронных сверхвысокочастотных приборах. Часть II. Релятивистские электронные приборы / 
    / Обзоры по электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ. Вып. 3(1614). M.: ЦНИИ «Электроника», 1991.
  26. Привезенцев А.П., Фоменко Г.П. Нелинейные когерентные структуры в колебаниях виртуального катода // Лекции по СВЧ-электронике и радиофизике: 9-я зимняя школа семинар, Саратов, 1993. Саратов: Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 1993. С. 130.
  27. Рыскин Н.М., Титов В.Н., Трубецов Д.И. Детали перехода к хаосу в системе электронный пучок — обратная электромагнитная волна // ДАН. 1998. T.358. C.620.
  28. Рыскин Н.М., Титов В.Н. Нелинейная динамика релятивистской лампы обратной волны // Труды VII Всероссийской школы-семинара «Физика и применение микроволн». Красновидово, Московская область. 24-30 мая 1999. T.1. C.126.
  29. Анфиногентов B.Г. Взаимодействие когерентных структур и хаотическая динамика в электронном потоке с виртуальным катодом // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21, вып. 8. С. 70.
  30. Анфиногентов В.Г. Хаотические колебания в электронном потоке с виртуальным катодом // Изв.вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1994, T. 2, № 5. С. 69.
  31. Кузелев M.B., Рухадзе А.А. Электродинамика плотных электронных пучков в плазме. М.: Наука, 1990.
  32. Гадецкий Н.Н., Магда И.И., Найстетер C.И., Прокопенко Ю.В., Чумаков В.И. Генератор на сверхкритическом токе РЭП с управляемой обратной связью - виртод // Физика плазмы. 1993. Т. 19, вып. 4. С. 530.
  33. Anfinogenrov V.G. Chaotic dynamics оf electron beam with virtual cathode in the bounded system. In: Рrос. 11th Int. Conf. оп High—Power Particle Beams (BEAMS’96). Prague, Czech Republic. Prague: 1996. P. 381.
  34. Анфиногентов B.Г., Храмов A.Е. Сложное поведение электронного потока с виртуальным катодом и генерация хаотических сигналов в виртодных системах // Известия РАН. Сер. Физическая. 1997. Т. 61, № 12. С. 2391.
  35. Birdsall CK, Langdon АВ. Plasma physics, via computer simulation. N.Y.: McGraw—Hill; 1985. 479 p.
  36. Рошаль A.C. Моделирование заряженных пучков. М.: Атомиздат, 1979.
  37. Свешников А.Г, Якунин С.А. Численные модели бесстолкновительной плазмодинамики // Математическое моделирование. 1989. Т. 1, № 4. С. 1.
  38. Березин Ю.А., Вшивцов В.А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. Новосибирск: Наука, 1980.
  39. Самарский A.A., Тишкин В.Ф., Фаворский A.П, Шашков М.Ю. O представлении разностных схем в операторной форме // ДАН СССР. 1981. Т. 258, № 5. С. 1092.
  40. Свешников А.Г., Якунин С.А., Майков А.Р. О численном моделировании физических процессов в плазменном генераторе СВЧ-излучения // ДАН СССР. 1986. Т. 288, № 3. С. 597.
  41. Майков A.P., Поезд А.Д., Якунин С.А. Применение консервативных разностных схем // ЖВМ и MФ. 1987. Т. 27, № 7. С. 1237.
  42. Майков А.Р, Свешников А.Г., Якунин С.А. Математическое моделирование плазменного генератора сверхвысокочастотного излучения // ЖВМ и МФ. 1985. Т. 25, № 6. С. 883.
  43. Hockney RW, Eastwood JW. Computer simulation using particles. NY: McGraw-Hill; 1981. 540 p.
  44. Анфиногентов В.Г. Нелинейная динамика электронного потока с виртуальным катодом в ограниченном пространстве дрейфа // Изв. вузов. Радиофизика. 1995. Т. 38, № 3/4. С. 268.
  45. Takens F. Detecting strange attractors in turbulence. In: Rand RA, Young LS, editors. Dynamical Systems and Turbulence. Vol. 898. Berlin: Springler; 1980. P. 366-381. DOI: 10.1007/BFb0091924.
  46. Granatstein VL, Alexeff I, editors. High Power Microwave Sources. Boston: Artech House, 1987. 564 p.
  47. Grassberger P, Procaccia I. Characterization of strange attractors. Phys. Rev. Lett. 1983;50(5):346-349. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.346.
  48. Кипчатов A.A., Красичков Л.В., Андрушкевич A.B. Диагностика сложных колебаний по корреляционной размерности // Докл. междунар. семинара «Нелинейные цепи и системы» (16—18 июня 1992, Москва, Россия). Т. 2. М., 1992. С. 308.
  49. Берже П., Помо И., Видаль K. Порядок B xaoce. O детерминистическом подходе к турбулентности. М.: Мир, 1991.
  50. Бабин A.B., Вишик М.И. Аттракторы эволюционных уравнений с частными производными и оценка их параметров // УМН. 1983. Т. 38, вып. 4. С. 133.
  51. Lumley JL. The structure оf ingomogeneous turbulent flows. In:  Yaglom AM, Tatarsky VI. Atmospheric Turbulence and Radio Wave Propagation: Proc. of the Int. Colloquim. Moscow: Nauka; 1967. P. 166.
  52. Ватанабе С. Разложение Карунена — Лоэва и факторный анализ. Теория и приложения // Автоматический анализ сложных изображений / Под ред. Э.М. Бравермана. M.: Мир, 1969. С. 310.
  53. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. Нелинейные явления в потоке со сверхкритическим током в неоднородном ионном фоне // Известия РАН. Cep. Физическая. 1998. Т. 62, № 12. С. 2428.
  54. Уилкинсон Д. Алгебраическая проблема собственных значений. M.: Наука, 1970.
  55. Aubry N, Holmes Р, Lumley J, Stone Е. Application оf dynamical system theory to coherent structures in thе wall region. Physica D. 1989;37:1-10.
  56. Anfinogentov VG. Nonlinear dynamics аnd chaotic behaviour оf electron beam with virtual cathode in the Pierce diode. In: Proc. Зrd Int. Specialist Workshop оn Nonlinear Dynamics in Electronic Systems (NDES’95), 28-29 July, 1995, Dublin, Ireland. Dublin: 1995. Р. 79.
  57. Anfinogentov VG. Chaotic dynamics and structure formation in the plasma diode with virtual cathode. In: Proc. 24th European Physical Society Conference оn Controlied Fusion and Plasma Physics. Vol. 3. 9—13 June 1997. Berchtesgaden, Germany. Berchiesgaden; 1997. P. 1293,
  58. Анфиногентов B.Г., Храмов A.E. Влияние распределенной обратной связи на хаотические колебания виртуального катода // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998, Т. 6, № 1. С. 93.
  59. Поезд А.Д., Якунин С.А. Программный комплекс для численных расчетов самосогласованных нелинейных нестационарных задач сильноточной СВЧ электроники // Численные методы, алгоритмы и программы. M., 1988, С. 102.
  60. Поезд А.Д., Якунин C.A. Численное моделирование СВЧ генератора на сверхпредельных релятивистских электронных пучках // Численные методы, алгоритмы и программы. М., 1988. С. 117.
  61. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. K вопросу о механизме возникновения хаотической динамики в вакуумном СВЧ генераторе на виртуальном катоде // Изв. 
    вузов. Радиофизика. 1998. Т. XLI, № 9. С. 1137.
  62. Combes JM, Grossman A, Tchamitchian P, editors. Wavelets. Berlin: Springer; 1989. 331 p. DOI: 10.1007/978-3-642-75988-8.
  63. Chui CK, editor. Wavelet analysis and its applications. An Introduction to Wavelets. San Diego: Academic Press; 1992. 264 p.
  64. Astafeva NM. Wavelet analysis: spectral analysis of local perturbations. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics. 1996;4(2):3. (in Russian).
  65. Lewalle J. Tutorial оn Continuous Wavelet Analysis оf Experimental Data. [Electronic resource]. Available from: http://www.amara.com/current/wavelet.html.
  66. Morlet J. Sampling theory and wave propagation. In: Chen CH, editor. Issues in Acoustic Signal-Image Processing and Recognition. Berlin: Springer; 1983. P. 233-261.
  67. Daubechies I. Ten Lectures on Wavelets., Philadelphia: SIAM Press; 1992. 376 p. DOI: 10.1137/1.9781611970104.
  68. Ватрунин B.E., Дубинов A.E., Селемир В.Д. Самоподобие и ветвление вейвлет-образов СВЧ-сигналов, генерируемых виркатором // Письма в ЖТФ. T.22, вып.24, C.92.
  69. Dose V, Venus G, Zohm H. Wavelet analysis of fusion plasma transient. Phys. Plasmas. 1997;4(2):323-328. DOI: 10.1063/1.872546.
  70. Graps A. An Introduction to Wavelets. IEEE Comp. Sci. Engineering. 1995;2(2):50-61. DOI: 10.1109/99.388960.
  71. Chui CK. An Introduction to Wavelets. San Diego: Academic Press; 1992.
  72. Torrence C, Соmро GP. A practical guide to wavelet analysis. Bulletin оf the American Meteorological Society. 1998;79(1):61-78. DOI: 10.1175/1520-0477(1998)079<0061:APGTWA>2.0.CO;2.
  73. Железовский Б.E., Кальянов Э.В. Многочастотные режимы работы в приборах СВЧ. M.: Связь, 1978.
  74. Кудрявцева Л.А., Куликов М.Н. Управление частотной характеристикой нерезонансных СВЧ автогенераторов с помощью регулируемой внешней обратной связью //Матер. междунар. научно-технической конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения» ( АПЭП'98), 7-9 сентября 1998, Саратов, Россия. Саратов: Изд-во СГТУ, 1998. Т. 1. С. 80.
  75. Селемир В.Д., Дубинов A.E., Степанов Н.В. Дингмика термализации электронного потока в камере дрейфа виркатора. Препринт ВНИИЭФ. Арзамас-16, 1994.
  76. Matsumoto H, Yokoyama H, Summers D. Computer simulation of the chaotic dynamics of the Pierce beam—plasma system. Phys. Plasmas. 1996;3(1):177-191.
Поступила в редакцию: 
15.12.1998
Принята к публикации: 
08.06.1999
Опубликована: 
03.07.1999
  • 435 просмотров