Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Анфиногентов В. Г., Храмов А. Е. Неавтономные колебания электронного потока с виртуальным катодом в плоском диодном промежутке // Известия вузов. ПНД. 1997. Т. 5, вып. 6. С. 61-75. DOI: 10.18500/0869-6632-1997-5-6-61-75

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1997no6p061.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.385.69.001.573:[530.132+530.182]
DOI: 
10.18500/0869-6632-1997-5-6-61-75

Неавтономные колебания электронного потока с виртуальным катодом в плоском диодном промежутке

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 исследуются влияние внешнего воздействия на колебания электронного потока с виртуальным катодом в плоском диоде. Представлены результаты численного эксперимента на модели с модуляцией электронного потока, поступающего в пространство дрейфа, и модели с электромагнитным сигналом, воздействующим непосредственно на колебания виртуального катода в пространстве взаимодействия. Показано, что в неавтономном режиме исследуемая система демонстрирует различные нелинейные колебания; включая детерминированный хаос и синхронизацию колебаний Виртуального катода внешним воздействием. Рассмотрение особенности обоих типов внешнего воздействия обнаружило, что модуляция потока является более эффективным и гибким методом управления колебаниями виртуального катода. Исследование физических процессов в системе показало, что сложная динамика в системе появляется в результате взаимодействия большого числа структур в потоке, а режимы синхронизации связаны с подавлением их роста. Полученные в численном эксперименте фазовые соотношения между сигналом, генерируемым колебаниями виртуального катода, и внешним сигналом согласуются с результатами физического эксперимента.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 96-02-16753).
Список источников: 
  1. Pierce J. Limiting current in electron beams in presence of ions. J. Appl. Phys. 1944;15(8):721-726. DOI: 10.1063/1.1707378.
  2. Кузелев M.B., Рухадзе А.А. Электродинамика плотных электронных пучков в плазме. М.: Наука, 1990.
  3. Thode LE. Virtual-cathode microwave device research: Experiment and simulation. In: Granatstein VL, Alexeff L, editors. High Power Microwave Sources. Boston: Artech House; 1987. Р. 507-562.
  4. Гадецкий H H., 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, выц. 4. С. 530.
  5. Anfinogentov VG. Chaotic dynamics of electron beam with virtual cathode in the bounded system. In: Proc. of the 11th Conf. on High—Power Particle Beams. Prague, 1996. Vol. 1. P. 381.
  6. Храмов A.E. Влияние обратной связи на сложную динамику электронного потока с виртуальным катодом в виртоде // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24, вып. 5. C.51.
  7. Анфиногентов B.Г., Храмов A.E. Сложное поведение электронного потока с виртуальным катодом и генерация хаотических сигналов в виртодных системах // Изв. PAH. Сер. физическая. 1997. Т. 61, № 12. С.2391.
  8. Sze H, Price D, Woo W, Benford J. Priming and phase locking of high power virggtgors. In: Abstr. Of the 7th Int. Conf. On High—Power Particle Beams. Karlsruhe, 1988. Р. 328.
  9. 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.
  10. Григорьев В.П., Жерлицын А.Г., Коваль T.B., Кузнецов С.И., Мельников Г.В. О возможности изменения частоты излучения внешним сигналом в СВЧ-триоде с виртуальным катодом // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14, вып. 23. С. 2164.
  11. Fazio MV, Noeberling RF. A reflexing electron microwave amplifier for RF particle—accelerator applications. In: Proc. of the 6th Conf. on High—Power Particle Beams. Kobe, 1986. P. 569.
  12. Hramov AE. Influence of external action on chaotic dynamics of virtual cathode oscillations. Proc. оf the 5th Int. Specialist Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic systems. 26—27 June, 1997, Moscow, Russia. Р. 443.
  13. Magda II, Prokopenko YuV. Cooperative high-power radiation оf two beams аt the dual vircator complex. In: Proc. оf the 11th Conf. оn High—Power Particle Beams. Prague, 1996. Vol. 1. P. 442.
  14. Hendrics KJ, Adler R, Noggle RC. Experimental results of phase locking two virtual cathode oscillators. J. Appl. Phys. 1990;68(2):820-825. DOI: 10.1063/1.346762.
  15. Didenko AN. Influence of external high frequency signal on generation in the virtual cathode. In: Abstr. оf the 7th Int. Conf. On High—Power Particle Beams. Karlsruhe, 1988. P. 338.
  16. Храмов A.E. Колебания в системе двух связанных генераторов на виртуальном катоде виртодного типа с управляемой связью: вычислительный эксперимент // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т. 6, № 1. Р. 108.
  17. Friedman M, Serlin V. Modulation of intense relativistic electron beams by an external microwave sources. Phys. Rev. Lett. 1985;55(26):2860-2863. DOI: 10.1103/PhysRevLett.55.2860.
  18. Jiang W, Masugata K, Yatsui K. New configuration of а virtual cathode oscillator for microwave generation. Phys. Plasmas. 1995;2(12):4635-4640. DOI: 10.1063/1.870954.
  19. Jiang W, Masugata K, Yatsui K. High power microwave oscillator: vircator— klystron. In: Proc. of the 11th Conf. on High—Power Particle Beams. Prague, 1996. Vol. 1. Р. 477.
  20. Анфиногентов В.Г., Храмов А.Е. Исследование хаотической динамики в активных системах на виртуальном катоде с внутренней обратной связью // Мат. науч. конф. «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ». Саратов, 4-8 сентября 1997. Саратов: Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 1997. С. 6.
  21. 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.
  22. Anfinogentov VG. Nonlinear dynamics and chaotic behaviour of electron beam with virtual cathode in the Pierce diode. In: Proc. оf the 3rd Int. Specialist Workshop оn Nonlinear Dynamics of Electronic systems. 28-29 July, 1995, Dublin, Ireland. P. 79.
  23. Афонин А.М., Диденко A.H., Пауткин А.Ю., Рошаль АС. Нелинейная динамика виртуального катода в триодных системах // РЭ. 1992. T. 37, вып. 10. С. 1889.
  24. Анфиногентов В.Г. Хаотические колебания в электронном потоке с виртуальным катодом // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1994. Т. 2, № 5. С.69.
  25. Селемир В.Д., Алёхин Б.B., Ватрунин B.E., Дубинов A.Е., Степанов Н.В., Шамро O.A., Шибалко К.В. Теоретические и экспериментальные исследования СВЧ-приборов с виртуальным катодом // Физика плазмы. 1994. Т. 20, № 7,8. С. 689.
  26. Anfinogentov VG. Influence оf neutralisation degree on the complex behaviour of the electron beam with virtual cathode. In: Proc. оf the 5 Int. Specialist Workshop on Nonlinear Dynamics of Electronic Systems. 26—27 June, 1997, Moscow, Russia. P. 284.
  27. Sullivan DJ, Walsh JE, Coustias EA. Virtual cathode oscillator (vircator) theory. In: Granatstein VL, Alexeff L, editors. High Power Microwave Sources. Boston: Artech House; 1987. Р. 441-505.
  28. Anfinogentov V.G. Chaotic dynamics and structure formation in the plasma diode with virtual cathode. In: Abstr. оf the 24th European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. 9-13 June, 1997, Berchtesgaden, Germany.
  29. Birdsall CK, Langdon AB. Plasma Physics via Computer Simulation. N.Y.: McGraw—Hill; 1985. 504 p.
  30. Takens F. Detecting strange attractors in turbulence. In: Rand D, Young LS, editors. Dynamical Systems and Turbulence, Warwick 1980. Lecture Notes in Mathematics. Vol. 898. Berlin: Springler; 1980. P. 366-381. DOI: 10.1007/BFb0091924.
  31. Grassberger Р., Procaccia I. Characterization of strange attractors. Phys.Rev.Lett. 1983;50(5):346-349. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.346.
  32. Кипчатов А.А., Красичков Л.B., Андрушкевич A.B. Диагностика сложных колебаний по корреляционной размерности // Тр. междунар. семинара «Нелинейные цепи и системы». Москва, Россия, 16-18 июня, 1992. T. 2. С. 308.
  33. Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. М.: Наука, 1990.
  34. Березин Ю.А., Вшивцов В.А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. Новосибирск: Наука, 1983.
  35. Morey IJ, Birdsall CK. Travelling—wave-tube simulation: the IBC code. IEEE Trans. Plasma Sci. 1990;18(3):482-489. DOI: 10.1109/27.55918.
  36. Диденко A.H., Ращиков В.И. Физика плазмы. 1992. Т. 18, № 9. С.1182.
  37. Kadish А, Faehl RJ, Snell M. Analysis and simulation of virtual cathode oscillations. Phys. Fluids. 1986;29(12):4192-4203. DOI: 10.1063/1.865711.
  38. Manneville Р, Pomeau J. Different ways to turbulence in dissipative dynamical systems. Physica D. 1980;1(2):219-226. DOI: 10.1016/0167-2789(80)90013-5.
  39. Ватанабе С. Разложение Карунена — Лоэва и факторный анализ. Теория и приложения // Автоматический анализ сложных изображений / Под ред. Э.М. Бравермана. М.: Мир, 1969. С.310.
  40. Lumley JL. The structure оf inhomogeneous turbulent flows. In:  Yaglom AM, Tatarsky VI, editors. Atmospheric Turbulence and Radio Wave Propagation: Proc. of the Int. Colloquim. Moscow: Nauka; 1967. P. 166.
  41. Анфиногентов B.Г. Взаимодействие когерентных структур и хаотическая динамика в электронном потоке с виртуальным катодом // Письма в ЖTФ. 1995. Т. 21, вып. 8. С. 70.
  42. Храмов A.E. Сложная динамика когерентных структур в двухпотоковом виркаторе // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т. 6, № 2 (в печати).
  43. Aubry N, Holmes Р, Lumley J, Stone E. Application of dynamical system theory to coherent structures in the wall region. Physica D. 1989;37(1-3):1-10. DOI: 10.1016/0167-2789(89)90112-7.
  44. Wolf А, Swift J, Swinney HL, Vastano J. Determining Lyapunov exponents from a time series. Physica D. 1989;16(3):285-317. DOI: 10.1016/0167-2789(85)90011-9.
Поступила в редакцию: 
22.12.1997
Принята к публикации: 
26.02.1998
Опубликована: 
18.03.1998
  • 220 просмотров