ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................................5
ГЛАВА 1. Субтерагерцовые гиротроны с широкополосной перестройкой частоты .....................16
1.1 Общие принципы дискретной перестройки частоты в гиротроне .........................................18
1.2 Гиротрон малой мощности с диапазоном перестройки 0,2–0,27 ТГц ....................................21
1.2.1 Методика расчёта электронно-волнового взаимодействия ..............................................21
1.2.2 Выбор мод для ступенчатой перестройки частоты ...........................................................23
1.2.3 Оптимизация параметров гиротрона ..................................................................................24
1.2.4 Система формирования электронного пучка .....................................................................30
1.2.5 Перестройка частоты генерации .........................................................................................32
1.2.6 Коллектор электронного пучка ...........................................................................................34
1.2.7 Оптимизация выходного окна .............................................................................................35
1.3 Частотно-перестраиваемый гиротрон высокой мощности, ограниченный свойствами
магнитной системы ..............................................................................................................................37
1.3.1 Возможности по расширению диапазона перестройки частоты в субтерагерцовых
гиротронах высокой мощности ............................................................................................................37
1.3.2 Моделирование магнетронно-инжекторной пушки ..........................................................38
1.3.3 Результаты численного моделирования электронно-волнового взаимодействия ..........41
1.3.4 Выбор стартового сценария .................................................................................................45
1.3.5 Коллекторная система ..........................................................................................................46
1.4 Экспериментальное исследование широкополосной перестройки частоты в мощном
субтерагерцовом гиротроне ..............................................................................................................49
1.4.1 Постановка задачи и выбор мод для экспериментов ........................................................49
1.4.2 Результаты численного моделирования экспериментальной системы ...........................51
1.4.3 Результаты экспериментов и их обсуждение .....................................................................52
1.5 Основные выводы по главе 1 ......................................................................................................58
ГЛАВА 2. Управление добротностью резонаторов гиротронов на высоких циклотронных
гармониках .............................................................................................................................................60
2.1 Генерация изучения с высокими КПД и мощностью в гиротроне на третьей циклотронной
гармонике с селективным отражателем ..............................................................................................61
2.1.1 Описание экспериментальной установки ...........................................................................61
2.1.2 Оптимизация толщины выходного окна ............................................................................63
3
2.1.3 Результаты численного моделирования .............................................................................65
2.1.4 Экспериментальные результаты .........................................................................................67
2.2 Использование локальной неоднородности на выходе из резонатора для управления
дифракционной добротностью резонаторов терагерцовых гиротронов .........................................69
2.2.1 Терагерцовый гиротрон для экспериментов по ДПЯ ........................................................70
2.2.2 Эффект локальной неоднородности на выходе из пространства взаимодействия ........71
2.2.3 Трансформация мод в резонаторе терагерцового гиротрона с неоднородностью на
коллекторном конце ..............................................................................................................................73
2.2.4 Результаты численного моделирования .............................................................................75
2.3 Специфика влияния омических потерь на работу гиротронов терагерцового диапазона ...77
2.3.1 Влияние омических потерь на эффективность электронно-волнового
взаимодействия ......................................................................................................................................77
2.3.2 Влияние омических потерь на устойчивость рабочего режима .......................................82
2.3.3 О возможности снижения доли омических потерь в терагерцовых гиротронах малой
мощности путем охлаждения его резонатора до криогенных температур ......................................86
2.4 Основные выводы по главе 2 ......................................................................................................91
ГЛАВА 3. Многоствольные гиротронные системы для обеспечения многочастотной
генерации ...............................................................................................................................................92
3.1 Описание схемы многоствольного гиротрона ..........................................................................94
3.2 Электронно-оптические системы многоствольного гиротрона ..............................................97
3.2.1 Азимутальный дрейф электронного пучка ........................................................................97
3.2.2 ЭОС для многоствольного гиротрона 140 ГГц ................................................................103
3.3 Примеры построения МСГ .......................................................................................................107
3.3.1 Многоствольная система с широкополосной плавной перестройкой частоты ............107
3.3.2 Частотно-перестраиваемый многоствольный гиротрон с «изолированными»
электронными пучками .....................................................................................................................110
3.3.3 Многоствольный гиротрон на высоких гармониках гирочастоты ................................111
3.4 Многоствольный гиротрон с одновременной генерацией излучения на кратных
частотах для ДПЯ/ЯМР-спектроскопии ..........................................................................................113
3.4.1 Проектирование электронной пушки ...............................................................................115
3.4.2 Электронно-волновое взаимодействие в МСГ на высоких гармониках .......................122
3.4.3 Особенности электронно-волнового взаимодействия в МСГ с обращённой
электродинамической системой (режим гиро-ЛОВ) ......................................................................126
3.4.4 Влияние качества внутренней поверхности резонатора .................................................130
4
3.4.5 Возможности рекуперации на коллекторе и система вывода излучения......................131
3.5 Основные выводы по главе 3 ....................................................................................................133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................................................134
СПИСОК ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ..............................................................135
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ..............................................................................137
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................................................................................138
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ...............................................153
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Расчётные модели, используемые для описания электронно-волнового
взаимодействия в гиротроне ..............................................................................................................160
