Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Куркин С. А., Короновский А. А., Левин Ю. И., Храмов А. Е. Широкополосная хаотическая генерация и оптимизация ее характеристик в СВЧ-генераторе с электронной обратной связью и магнитной периодической фокусирующей системой // Известия вузов. ПНД. 2010. Т. 18, вып. 3. С. 104-127. DOI: 10.18500/0869-6632-2010-18-3-104-127

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 2010no3p104.pdf
(загрузок: 148)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
533.9
DOI: 
10.18500/0869-6632-2010-18-3-104-127

Широкополосная хаотическая генерация и оптимизация ее характеристик в СВЧ-генераторе с электронной обратной связью и магнитной периодической фокусирующей системой

Авторы: 
Куркин Семен Андреевич, Университет Иннополис
Короновский Алексей Александрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Левин Юрий Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Храмов Александр Евгеньевич, Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта
Аннотация: 

В рамках двумерной численной модели исследована нелинейная динамика и генерация широкополосных хаотических сигналов в генераторе на электронном потоке с виртуальным катодом. Обнаружено сильное влияние характеристик внешнего неоднородного магнитного поля на нелинейную динамику виртуального катода в системе. Изучены физические процессы, ответственные за обнаруженную зависимость динамики электронного потока с виртуальным катодом от параметров внешнего неоднородного магнитного поля. Исследованы зависимости выходной мощности генерации в системе с виртуальным катодом от характеристик внешнего неоднородного магнитного поля. Проведена оптимизация параметров магнитной периодической фокусирующей системы генератора для достижения максимальной ширины полосы и мощности хаотической генерации.  

Ключевые слова: 
СВЧ-генератор
интенсивный электронный поток
виртуальный катод
нелинейная динамика
СВЧ-электроника
виркатор
неоднородное магнитное поле
физическая и математическая оптимизация
численное моделирование
метод частиц
Список источников: 
  1. 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.
  2. Benford J., Swegle J.A., Schamiloglu E. High Power Microwaves. CRC Press, Taylor and Francis, 2007.
  3. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков Т. 2. М.: Физматлит, 2004.
  4. Анфиногентов В.Г., Калинин Ю.А. Экспериментальное исследование колебательных явлений в электронном пучке с виртуальным катодом // Лекции по СВЧ-электронике и радиофизике. 10–я зимняя школа–семинар. Книга 2. 1996. C. 83.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Храмов А.Е., Егоров Е.Н., Калинин Ю.А. Электровакуумный прибор СВЧ-диапазона: Патент на изобретение No 2288518, 2006. Изобретения. Полезные модели: Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Москва: ФИПС, 2006.
  8. Meadows B.K., Heath T.H., Neff J.D., et al. Nonlinear antenna technology // Proceedings IEEE. 2002. Vol. 90, No 5. P. 882.
  9. Залогин Н.Н., Кислов В.В. Широкополосные хаотические сигналы в радиотехнических и информационных системах. М.: Радиотехника, 2006.
  10. Dmitriev B.S., Hramov A.E., Koronovskii A.A., Starodubov A.V., Trubetskov D.I., Zharkov Y.D. First experimental observation of generalized synchronization phenomena in microwave oscillators // Physical Review Letters. 2009. Vol. 102, No 7 P. 074101.
  11. Короновский А.А., Москаленко О.И., Храмов А.Е. О применении хаотической синхронизации для скрытой передачи информации // Успехи физических наук. 2009. Т. 179, No 12. С. 1281.
  12. Дмитриев А.С., Панас А.И. Динамический хаос: новые носители информации для систем связи. М.: Физматлит, 2002.
  13. Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Исследование зависимости мощности СВЧ-генерации низковольтного виркатора от управляющих параметров // ЖТФ. 2007. Т. 77, No 10. С. 139.
  14. Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Исследование широкополосных хаотических СВЧ-колебаний в гибридной системе «лампа бегущей волны – коллектор-генератор» // ЖТФ. 2008. Т. 78, No 5. С. 83.
  15. Калинин Ю.А., Куркин С.А., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. СВЧ-генераторы хаотических колебаний на основе электронных пучков с виртуальным катодом // Успехи современной радиоэлектроники. 2008. No 9. C. 53.
  16. Filatov R.A., Hramov A.E., Bliokh Y.P., Koronovskii A.A., Felsteiner J. Influence of background gas ionization on oscillations in a virtual cathode with a retarding potential // Physics of Plasmas. 2009. Vol. 16, No 3. P. 033106.
  17. Калинин Ю.А., Стародубов А.В., Волкова Л.Н. Сверхширокополосные генераторы шумоподобных высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний с электронной обратной связью // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36, No 3. C. 39.
  18. Кураев А.А., Трубецков Д.И. Методы нелинейной динамики и теории хаоса в задачах электроники сверхвысоких частот. T. 1: Стационарные процессы. М.: Физматлит, 2009.
  19. Батура М.П., Кураев А.А., Синицын A.K. Основы теории, расчета и оптимизации современных электронных приборов СВЧ. Мн.: БГУИР, 2007.
  20. Кураев А.А., Байбурин В.Б., Ильин Е.М. Математические модели и методы оптимального проектирования СВЧ-приборов. Мн.: Навука i тэхнiка, 1990.
  21. Nikolov N.A., Kostov K.G., Spassovsky I.P., Spassov V.A. High-power microwave generation from virtual cathode in foilless diode (vircator) // Electronics Letters. 1988. Vol. 24, No 23. P. 1445.
  22. Kostov K.G., Nikolov N.A., Spassovsky I.P., Spassov V.A. Experimental study of virtual cathode oscillator in uniform magnetic field // Appl. Phys. Lett. 1992. Vol. 60, No 21. P. 2598.
  23. Kostov K.G., Nikolov N.A., Spassov V.A. Excitation of transverse electric modes in axially extracted virtual cathode oscillator // Electronics Letters. 1993. Vol. 29, No 12. P. 1069.
  24. Kostov K.G., Nikolov N.A. Microwave generation from an axially extracted virtual cathode oscillator with a guide magnetic field // Phys. Plasmas. 1994. Vol. 1, No 4. P. 1034.
  25. 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.
  26. Kostov K.G., Yovchev I.G., Nikolov N.A. Numerical investigation of microwave generation in foilless diode vircator // Electron Letters. 1999. Vol. 35, No 19. P. 1647.
  27. Jiang W., Kitano H., Huang L., Masugata K., Yatsui K. Effect of longitudinal magnetic field on microwave efficiency of virtual cathode oscillator // IEEE Trans. Plasma Sci. 1996. Vol. 24. P. 187.
  28. 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.
  29. Hramov A.E., Koronovskii A.A., Morozov M.Yu., Mushtakov A.V. Effect of external magnetic field on critical current for the onset of virtual cathode oscillations in relativistic electron beams // Phys. Lett. A. 2008. Vol. 372. P. 876.
  30. Морозов М.Ю., Храмов А.Е. Влияние внешнего магнитного поля на величину критического тока электронного пучка, при котором формируется виртуальный катод // Физика плазмы. 2007. Т. 33, No 7. С. 610.
  31. Singh G., Chaturvedi S. Secondary virtual-cathode formation in a low-voltage vircator: PIC simulations // IEEE Transactions on Plasma Science. 2008. Vol. 36, No 3. P. 694.
  32. Дубинов А.Е., Селемир В.Д. Особенности СВЧ-генерации в виркаторе с неоднородным магнитным полем в области взаимодействия // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27, No 13. С. 64.
  33. Куркин С.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Хаотизация колебаний виртуального катода во внешнем магнитном поле, создаваемом кольцевым магнитом // Изв. РАН. Сер. физическая. 2009. Т. 73, No 12. С. 1736.
  34. Алимовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М.: Сов. радио, 1966.
  35. Рошаль А.С. Моделирование заряженных пучков. М.: Атомиздат, 1979.
  36. Birdsall C.K., Langdon A.B. Plasma physics, via computer simulation. NY: McGraw-Hill, 1985.
  37. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. В 2-х томах. М.: Физматлит, 2003.
  38. Morey I.J., Birdsall C.K. Travelling-wave-tube simulation: the IBC code // IEEE Trans. Plasma Sci. 1990. Vol. 18, No 3. P. 482.
  39. Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Короновский А.А., Храмов А.Е., Морозов М.Ю. Исследование мощности СВЧ-генерации в нерелятивистском электронном пучке с виртуальным катодом в тормозящем поле // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, No 9. С. 71.
  40. Анфиногентов В.Г. Хаотические колебания в электронном потоке с виртуальным катодом // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1994. Т. 2, No 5. С. 69.
  41. Анфиногентов В.Г. Взаимодействие когерентных структур и хаотическая динамика в электронном потоке с виртуальным катодом // Письма в ЖТФ. 1995. Т. 21, No 8. С. 70.
  42. 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.
  43. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. К вопросу о механизме возникновения хаотической динамики в вакуумном СВЧ-генераторе на виртуальном катоде // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. XLI, No 9. С. 1137.
  44. 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.
  45. Егоров Е.Н., Калинин Ю.А., Короновский А.А., Левин Ю.И., Храмов А.Е. Исследование образования структур и хаотической динамики в нерелятивистском электронном пучке с виртуальным катодом в тормозящем поле // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, No 11. С. 51.
  46. Храмов А.Е., Короновский А.А., Левин Ю.И. Исследование процессов структурообразования в электронном пучке с виртуальным катодом с помощью вейвлетной бикогерентности // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, No 13. С. 57.
  47. Егоров Е.Н. Калинин Ю.А., Короновский А.А., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Процессы образования и нестационарная динамика виртуального катода в нерелятивистском электронном пучке в тормозящем поле (двумерное приближение) // Известия вузов. Радиофизика. 2006, No 10.
  48. Куркин С.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Нелинейная динамика и хаотизация колебаний виртуального катода в трубчатом электронном потоке во внешнем магнитном поле // Физика плазмы. 2009. Т. 35, No 8. С. 684.
  49. 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.
  50. Куркин С.А., Храмов А.Е. Формирование виртуального катода в трубчатом электронном потоке во внешнем магнитном поле // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35, No 1. С. 48.
  51. Tsimring S.E. Electron beams and microwave vacuum electronics. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2007.
  52. Селемир В.Д., Алeхин Б.В., Ватрунин, В.Е., Дубинов А.Е., Степанов Н.В., Шамро О.А., Шибалко К.В. Теоретические и экспериментальные исследования СВЧ-приборов с виртуальным катодом // Физика плазмы. 1994. Vol. 20, No 7,8. P. 689.
  53. Brandt H.E. The turbutron // IEEE Trans. Plasma Sci. 1985. Т. 13, No 6. С. 513.
  54. Trubetskov D.I., Mchedlova E.S., Anfinogentov V.G., Ponomarenko V.I., Ryskin N.M. Nonlinear waves, chaos, patterns in microwave devices // Chaos. 1996. Т. 6, No 3. С. 358.
  55. Davis H.A., Bartsch R.R., Kwan T.J.T., Sherwood E.G., Stringfield R.M. Experimental confirmation of the reditron concept // IEEE Trans. Plasma Sci. 1988. Vol. 16, No 2. P. 192.
Поступила в редакцию: 
10.02.2010
Принята к публикации: 
08.04.2010
Опубликована: 
30.06.2010
Краткое содержание:
Иконка PDF a2010no3p104.pdf
(загрузок: 87)
  • 1692 просмотра