ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.14
УДК 621.385.624
Нелинейные процессы при группировании электронных потоков в мощных клистронах и пределы применимости аналитических и одномерных численных моделей для их анализа
В. Е. Родякин 1, В. М. Пикунов 1, В. Н. Аксенов 1,2
1 Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН - филиал Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН, 140700, Московская область, г. Шатура, Святоозерская, 1
2 Физический факультет и международный Лазерный центр МГУ им. М.В.Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1
Статья поступила в редакцию 14 декабря 2020 г.
Аннотация. В работе представлены результаты сравнительного теоретического анализа группирования замагниченного электронного потока в однокаскадном клистроном усилителе с помощью аналитических моделей, одномерной дисковой и двумерной численных моделей. Приводятся данные о влиянии различных одномерных и двумерных нелинейных эффектов на эффективность и длину группирования электронного потока при различных значениях параметра пространственного заряда и амплитуды модуляции. Определены пределы применимости аналитических и одномерных численных моделей для анализа группирования в мощных клистронных усилителях.
Ключевые слова: электронный пучок, клистрон, группирование электронов, комплекс программ «PARS», система взаимодействия, плазменные волны пространственного заряда, редуцированная плазменная частота, провисание потенциала, скоростная модуляция, гармоника тока.
Abstract. We present the results of a comparative theoretical analysis of the electron beam bunching in a single-stage klystron amplifier using analytical models, a one-dimensional disk program, and a two-dimensional program. Data on the influence of various one-dimensional and two-dimensional nonlinear effects on the efficiency of electron beam bunching at different values of the space charge parameter and the modulation amplitude are presented. The limits of applicability of analytical and one-dimensional numerical models for electron beam bunching analysis in high-power klystron amplifiers are found.
Key words: electron beam, klystron, electron bunching, computer code PARS, interaction region, space charge waves, reduced plasma frequency, potential depression, velocity modulation, harmonic current.
Литература
1. CST-Studio suite. Программное обеспечение для моделирования электродинамических и мультифизических задач [online]. URL: http://www.eurointech.ru/products/CST/CST_STUDIO_SUITE_2018_Rus.pdf
2. Goplen B., Ludeking D., Smithe D., Warren G. User-configurable MAGIC code for electromagnetic PIC calculation. Comput. Phys. Commun. 1995. Vol.87. P.54-86.
3. Kosmahl H.G., Branch G.M., Generalized representation of electric fields in interaction gaps of klystrons and traveling-wave tubes. IEEE Trans. on ED. 1973. Vol.20. No.7. P.621-629.
4. Mihran T.G. Plasma frequency and velocity spread in bunched electron beams of finite diameter. J. Appl. Phys. 1967. Vol.38. P.159.
5. Webster D.L. The theory of klystron oscillations. J. of Appl. Phys. 1939. Vol.10. P.864.
6. Савельев В.Я. К теории клайстрона. ЖТФ. 1940.Т.10. С.1365.
7. Wallander S.O. Large signal analytical study of bunching in klystrons. IEEE Trans. on ED. 1968. No.8.P.595.
8. Канавец В.И., Сандалов А.Н. Исследование одномерной модели многорезонаторного группирователя электронов при дополнительном воздействии на частоте второй гармоники. Электронная техника, сер. I, Электроника СВЧ. 1971. № 3. C.11-20.
9. Сандалов А.Н., Родякин В.Е. Комплексная программа анализа динамики электронного потока в клистроне. Межвузовский сборник “Вопросы электронной техники”. Саратов, 1988. 15 с.
10. Родякин В.Е., Пикунов В.М., Аксенов В.Н. Комплекс программ для численного анализа электровакуумных приборов клистронного типа. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.6.4
11. Webber S.E. Ballistic analysis of a two cavity finite klystron. IREE Trans. on ED. 1958. Vol.5. P.58.
12. Mihran T.G., Branch G.M., Griffin G.J. Electron bunching and output gap interaction in broad-band klystrons. IEEE Tr. on ED. 1972. Vol.19. No.9. P.1011-1017.
13. Канавец В.И., Лопухин В.М., Сандалов А.Н. Нелинейные процессы в мощных многорезонаторных клистронах и оптимизация их параметров. Лекции по электронике СВЧ (3-я зимняя школа-семинар инженеров), книга VII. СГУ. 1974. 253 c.
14. Родякин, В.Е., Пикунов В. М., Аксенов В.Н., Овсянников Н.Е. Ограничение тока при транспортировке сплошного аксиально-симметричного электронного пучка в пролетном канале электровакуумного устройства миллиметрового диапазона. Изв. РАН, сер. Физическая. 2020. Т.84. №1. С.132–136. https://doi.org/10.31857/S0367676520010251
15. Родякин В.Е., Пикунов В.М., Аксенов В.Н. Система взаимодействия мощного клистрона с распределенным взаимодействием миллиметрового диапазона. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №6. https://doi.org/ 10.30898/1684-1719.2020.6.4
16. Бороденко В.Г., Ведяшкина К.А., Зернова М.С., и др. - Механизм ограничения группировки пучков в клистронах. Электронная техника, сер. I, Электр. СВЧ, 1977, Вып. 10, С. 3.
Для цитирования:
Родякин В.Е., Пикунов В.М., Аксенов В.Н. Нелинейные процессы при группировании электронных потоков в мощных клистронах и пределы применимости аналитических и одномерных численных моделей для их анализа. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.14