Resonant interaction between symmetric surface wave and bulk wave in oversized sectionalized slow-wave structures.pdf Введение Для уменьшения напряженности электромагнитного поля на поверхности замедляющей структуры (ЗС) предложено использовать сверхразмерные (диаметр D много больше длины волны излучения λ) периодические ЗС [1]. При этом полагалось, что селекция моды будет осуществляться за счет взаимодействие электронного пучка и поверхностного поля вблизи высокочастотной границы моды TM01 (π-тип колебаний). Однако выполненные авторами [1] экспериментальные исследования показали, что диаграмма выходного излучения была сложной и не соответствовала какой-либо одной моде гладкого волновода. Такие черенковские устройства получили название генераторов поверхностной волны. В силу простоты конструкции генераторов (однородная периодическая ЗС и трубчатый электронный пучок), они привлекли внимание многих исследователей и были изучены в разных диапазонах частот [2-5]. В многоволновых черенковских генераторах (МВЧГ) [6-8] используются двухсекционные ЗС, что позволило увеличить эффективность генерации излучения и улучшить селективные свойства. Более детальные исследования МВЧГ [9-11] показали важную роль трубы дрейфа в работе генератора. Черенковские генераторы с двухсекционной ЗС исследовались также и в других работах [12-14]. В этих исследованиях было показано, что выходное излучение состоит из совокупности аксиально-симметричных мод сверхразмерного волновода [12, 13], то есть является многоволновым. При этом труба дрейфа существенно влияет на селекцию продольных мод [14]. Мы продолжаем исследования МВЧГ. В настоящее время разработана электродинамическая модель на основе метода матриц рассеяния и проведены численные исследования односекционных периодических [15] и бипериодических [16] ЗС, в которых были получены продольные резонансы связанных электромагнитных волн для мод TM01 и TM04 в ЗС с отношением D/ λ = 4. Связанные электромагнитные волны представляли поле, которое реализуется в замедляющей структуре при одновременном резонансе двух данных мод вблизи высокочастотной границы моды TM01. Целью данной работы является установление закономерностей резонансного взаимодействия симметричных поверхностных и объемных волн в сверхразмерных секционированных замедляющих структурах. Для этого будет выполнено включение в модель трубы дрейфа и исследование резонансных характеристик двухсекционных периодических ЗС, при которых реализуется режим связанных электромагнитных волн в ЗС в широком диапазоне частот для аксиально-симмет¬ричных мод. Также необходимо установить влияние ранее не исследованных параметров геометрии (длины ЗС, места расположения трубы дрейфа при фиксированной длине ЗС) на резонансные характеристики связанных электромагнитных волн при отношении D/λ = 4 и 8. Полученные результаты необходимы при дальнейшем исследовании МВЧГ с дополнительной секцией в виде дифракционного отражателя, а также при увеличении отношения D/λ и исследованиях по генерации электромагнитного излучения в ТГц-диапазоне. 1. Модель резонансных электромагнитных полей в секционированных замедляющих структурах Вычисление резонансных характеристик сверхразмерных секционированных ЗС проводилось на основе метода матриц рассеяния мод круглого волновода на прямоугольной (в сечении (r, z)) неоднородности. На первом этапе поиска резонансных частот были построены дисперсионные характеристики бесконечных периодических ЗС, используя известные матрицы рассеяния на прямоугольной диафрагме в круглом волноводе (Rd, Td), а также матрицы рассеяния на системе диафрагм (расположенных периодически) [15]. Для введения трубы дрейфа в модель периодического волновода с диафрагмами и дальнейших расчетов резонансных характеристик необходим учет набега фазы на длине Ldr между секциями S1 и S2. Таким образом, для нахождения собственных (резонансных) частот и электромагнитных полей в замедляющей структуре, состоящей из двух периодических секций, необходимо решить систему уравнений относительно продольного инкремента колебаний γ: (1) Здесь Rd и Td - матрицы рассеяния волн круглого волновода назад и матрицы прохождения волны вперед на прямоугольной диафрагме соответственно; Λdr - диагональная матрица набега фазы на длине Ldr между секциями, а ΛLT - на длине между диафрагмами соответственно; RSi - матрицы рассеяния на всех диафрагмах в i-й секции (i = 1, 2); I - единичная матрица, γ

Скачать электронную версию публикации