Цель настоящего исследования – изучить динамику пучков и электронных сгустков в системе с идеально проводящей плоскостью и однородным магнитным полем при наличии запаздывания электромагнитных волн и при образовании в системе виртуального катода или при параметрах, близких к этому состоянию. Методы. В работе в рамках численного моделирования изучается динамика цилиндрического электронного пучка, влетающего через идеально проводящую плоскость в сильное продольное магнитное поле. Частицы – крупные.
Цель настоящего исследования - изучить динамику пучков и электронных сгустков в системе с идеально-проводящей плоскостью и однородным магнитным полем при наличии запаздывания электромагнитных волн и при образовании в системе виртуального катода или при параметрах, близких к этому состоянию.
В работе проведено теоретическое исследование динамики электронного потока в генераторе на виртуальном катоде под влиянием внешнего гармонического воздействия. Поведение электронного потока рассматривалось в рамках стационарной аналитической модели, а также численного моделирования нестационарных процессов в пучке. В обоих случаях показано, что увеличение мощности внешнего воздействия приводит к росту мощности выходного излучения генератора.
В рамках численного моделирования методом крупных частиц была исследована нестационарная динамика виртуальных катодов, формирующихся во встречных интенсивных электронных потоках. Обнаружен широкий диапазон динамических режимов колебаний виртуальных катодов: от регулярных до широкополосных хаотических. Показана связь между величиной старшего ляпуновского показателя и мощностью выходного сигнала системы встречных электронных потоков.
В работе рассмотрены результаты предварительного трехмерного полностью электромагнитного моделирования СВЧ-генератора на виртуальном катоде с цепью внешней обратной связи – виртода. Обратная связь реализована за счет скоростной модуляции электронного потока электромагнитным сигналом в ускоряющем промежутке электронной пушки, снимаемым с помощью выходного резонатора, размещенного в области виртуального катода.
Приведены результаты численного исследования сложной динамики нерелятивистского винтового электронного потока в скрещенных электрическом и магнитном полях, находящегося в режиме образования виртуального катода, в дополнительном тормозящем поле. Моделирование проводилось в рамках двумерной численной модели в геометрии магнетронноинжекторной пушки.
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.
В статье сформулирована математическая модель и ее численная реализация для исследования широкополосных хаотических колебаний и физических процессов в электронных потоках с виртуальным катодом в генераторах с электронной обратной связью. Кратко описан разработанный программный пакет, позволяющий моделировать нестационарные нелинейные физические процессы в электронных генераторах с виртуальным катодом, а также рассчитывать выходные характеристики соответствующих приборов. Изложены численные методы, которые использованы при программной реализации математической модели.
В работе проведено полномасштабное численное трехмерное моделирование формирования сжатого состояния релятивистского электронного пучка в виркаторной системе с составным пространством дрейфа с трубами разного диаметра. Был обнаружен механизм формирования сжатого состояния пучка через образование двух виртуальных катодов вблизи анодной сетки и на скачке радиуса пространства взаимодействия, которые со временем смыкаются в один распределенный в пространстве дрейфа виртуальный катод (сжатое состояние пучка).
Изучены режимы СВЧ-генерации высших гармоник в высокомощном виркаторе с релятивистским электронным потоком с виртуальным катодом. Характеристики данных режимов, в частности, характерные спектры и их трансформация с изменением параметров системы (тока пучка, индукции внешнего магнитного поля), а также физические процессы, происходящие в системе, проанализированы с помощью трехмерного электромагнитного моделирования.
