Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Для цитирования:

Фунтов А. А. О теории гибрида ЛБВО и усилителя с комплексной диэлектрической проницаемостью // Известия вузов. ПНД. 2023. Т. 31, вып. 4. С. 452-468. DOI: 10.18500/0869-6632-003050, EDN: UWBSKL

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 0)
Полный текст в формате PDF(En):
(загрузок: 11)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.385.6
EDN: 

О теории гибрида ЛБВО и усилителя с комплексной диэлектрической проницаемостью

Авторы: 
Фунтов Александр Андреевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Цель настоящей работы — построение нелинейной теории гибрида лампы бегущей волны и усилителя с комплексной диэлектрической проницаемостью.

Методы. Рассматривается следующая модель: ионноскомпенсированный одномерный электронный поток пронизывает входную секцию (лампа бегущей волны), затем влетает в среду с комплексной диэлектрической проницаемостью, а далее попадает в выходную секцию (лампа бегущей волны). Построена линейная теория указанного гибрида, и проведено сравнение её результатов с результатами хорошо известной линейной теории лампы бегущей волны. Построена нелинейная теория указанного гибрида модифицированным волновым методом и проведено сравнение результатов с нелинейной теорией лампы бегущей волны, полученной классическим волновым методом Овчарова–Солнцева. Кроме того, для проверки пределов применимости полученных результатов была построена стационарная нелинейная теория гибрида, полученная с помощью метода крупных частиц. Результаты этой теории были также сравнены со стационарной нелинейной теорией лампы бегущей волны, построенной с помощью метода крупных частиц.

Результаты и заключение. По результатам развитых теорий показано, что при определенных параметрах линейная теория и нелинейные теории (как по модифицированному волновому методу Овчарова–Солнцева, так и по методу крупных частиц) позволяют получить сопоставимые результаты для классической лампы бегущей волны и исследуемого гибрида. Показано, что при определенных параметрах за счет резистивной неустойчивости может заметно улучшаться группировка электронов и, как следствие, коэффициент усиления гибрида может превышать коэффициент усиления классической лампы бегущей волны при одинаковых параметрах и при той же полной длине прибора в линейном режиме работы. В нелинейном режиме работы исследуемый гибрид при оптимальных параметрах среды может иметь значительно большие значения выходной мощности и коэффициент полезного действия, чем у лампы бегущей волны при том же значении параметра пространственного заряда и параметра Пирса.

Благодарности: 
Автор выражает благодарность доценту В. Н. Титову за ценные советы и обсуждение полученных результатов
Список источников: 
  1. Duan Z., Shapiro M. A., Schamiloglu E., Behdad N., Gong Y., Booske J. H., Basu B. N., Temkin R. J. Metamaterial-inspired vacuum electron devices and accelerators // IEEE Transactions on Electron Devices. 2019. Vol. 66, no. 1. P. 207–218. DOI: 10.1109/TED.2018.2878242.
  2. Rashidi A., Behdad N. Metamaterial-enhanced traveling wave tubes // In: IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 22-24 April 2014, Monterey, CA, USA. New York: IEEE, 2014. P. 199–200. DOI: 10.1109/IVEC.2014.6857559.
  3. Ulisse G., Krozer V. W-band traveling wave tube amplifier based on planar slow wave structure // IEEE Electron Device Letters. 2017. Vol. 38, no. 1. P. 126–129. DOI: 10.1109/LED.2016.2627602.
  4. Birdsall С. К., Brewer G. R., Haeff A. V. The resistive-wall amplifier // Proceedings of the IRE. 1953. Vol. 41, no. 7. P. 865–875. DOI: 10.1109/JRPROC.1953.274425.
  5. Birdsall С. К., Whinnerу J. R. Waves in an electron stream with general admittance walls // J. Appl. Phys. 1953. Vol. 24, no. 3. P. 314–323. DOI: 10.1063/1.1721272.
  6. Лопухин В. М., Веденов А. А. Усилитель на поглощении // УФН. 1954. Т. 53, № 1. С. 69–86. DOI: 10.3367/UFNr.0053.195405c.0069.
  7. Цейтлин М. Б., Кац А. М. Лампа с бегущей волной. М.: Советское радио, 1964. 308 с.
  8. Rowe T., Behdad N., Booske J. H. Metamaterial-enhanced resistive wall amplifier design using periodically spaced inductive meandered lines // IEEE Transactions on Plasma Science. 2016. Vol. 44, no. 10. P. 2476–2484. DOI: 10.1109/TPS.2016.2599144.
  9. Jiang Y., Lei W., Hu P., Song R., Ma G., Chen H., Jin X. Demonstration of a 220-GHz continuous wave traveling wave tube // IEEE Transactions on Electron Devices. 2021. Vol. 68, no. 6. P. 3051–3055. DOI: 10.1109/TED.2021.3075922.
  10. Касаткин Л. В. Об усилении волн пространственного заряда при прохождении пучков электронов в средах с индуктивной проводимостью // Радиотехника и электроника. 1961. Т. 6, № 2. С. 267–274.
  11. Овчаров В. Т., Солнцев В. А. Упрощенные нелинейные уравнения лампы бегущей волны // Радиотехника и электроника. 1962. Т. 7, № 11. С. 1931–1940.
  12. Datta S. K., Kumar L. Plasma frequency reduction factor // Defence Science Journal. 2008. Vol. 58, no. 6. P. 768–770. DOI: 10.14429/dsj.58.1705.
  13. Branch G. M., Mihran T. G. Plasma frequency reduction factors in electron beams // IRE Transactions on Electron Devices. 1955. Vol. 2, no. 2. P. 3–11. DOI: 10.1109/T-ED.1955.14065.
  14. Вайнштейн Л. А., Солнцев В. А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Советское радио, 1973. 399 с.
Поступила в редакцию: 
06.03.2023
Принята к публикации: 
05.04.2023
Опубликована онлайн: 
18.07.2023
Опубликована: 
31.07.2023