Квазиоптические устройства на основе гофрированных зеркал для управления мощными микроволновыми потоками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Щегольков Дмитрий Юрьевич

ООЗОБЭТВ8

КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ГОФРИРОВАННЫХ ЗЕРКАЛ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНЫМИ МИКРОВОЛНОВЫМИ ПОТОКАМИ

01 04 03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2007

003069788

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород

Научные руководители

М И Петелин,

доктор физико-математических наук С Н Власов

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук А А Жаров

кандидат физико-математических наук АМ Горбачев

Ведущая организация

ОАО "Радиофизика", г Москва

Защита состоится «¿У » мая 2007 г в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002 069 02 в Институте прикладной физики РАН по адресу 603950, г Нижний Новгород, ул Ульянова, 46

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан « ¿3» апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук профессор

юв Чугунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы диссертации. Работа ориентирована на создание новых эффективных элементов для систем, основанных на использовании мощных потоков когерентного электромагнитного излучения с частотами 10ш~1012 Гц в таких приложениях, как

- радары с высокой разрешающей способностью,

- многоканальная космическая связь,

- электронно-циклотронный резонансный нагрев и стабилизация плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза,

- линейные ускорители заряженных частиц,

- микроволновая обработка материалов

Для транспортировки мощных потоков излучения указанного диапазона стандартные (с поперечным сечением порядка длины волны) волноводные устройства из-за повышенных омических потерь, высокочастотного пробоя, термической усталости металла непригодны и должны быть заменены квазиоптическими аналогами

Для управления квазиоптическими волновыми потоками могут быть использованы отражательные дифракционные металлические гребенки Такие гребенки уже длительное время используются в оптике для разделения-объединения волновых пучков, преобразования поляризации волн, компрессии импульсов, спектрального анализа излучения, но их использование в диапазоне миллиметровых волн требует решения ряда специфических проблем

Цель диссертационной работы состояла

- в разработке новых и доработке уже известных электропрочных высокоселективных безотражательных устройств на основе металлической отражательной дифракционной решетки для управления квазиоптическими микроволновыми потоками, а именно

a) фазоуправляемого сумматора-коммутатора "magic Y",

b) зеркальных резонаторных компрессоров импульсов с удобной конфигурацией ввода-вывода излучения,

c) компрессора коротких импульсов на основе зеркальной резонансной линии задержки,

d) узкополосных диплексеров для частотного сканирования квазиоптических пучков

- в расчете и экспериментальной реализации этих и других (известных) устройств, содержащих дифракционную решетку в качестве ключевого элемента, с последующей опытной проверкой

Научная новизна:

1 Теоретически исследованы суммирование и коммутация некомпланарных взаимно когерентных волновых пучков конечного сечения на отражательных дифракционных решетках Рассчитан и экспериментально реализован фазоуправляемый бинарный сумматор-коммутатор на частоте 34 ГГц

2 Аналитически исследованы особенности некомпланарного внутрирезона-торному пучку ввода-вывода энергии в кольцевых резонаторах с нечетным и четным числом зеркал, одно или несколько зеркал которых гофрированы Показаны преимущества четырехзеркальной системы по сравнению с трехзеркальной

3 Рассчитано несколько вариантов зеркальных компрессоров микроволновых импульсов (типа SLED = Stanford Linac Energy Doubler), в том числе с линейной частотной модуляцией входного импульса Учтены эффекты, связанные с конечной длиной резонансной системы и конечной величиной ее связи с линией передачи Несколько компрессоров (в том числе компрессор предельно коротких для выбранной длины резонансной линии импульсов) испытано на частоте 34 ГГц

4 Рассчитаны и продемонстрированы на малом уровне мощности узкополосные диплексеры на основе четырехзеркального резонатора Один из них, с резонансной частотой вблизи 140 ГГц, испытан на гиротронном комплексе стелларатора W7-X

Практическая значимость диссертационной работы. Фазоуправляе-мые сумматоры-коммутаторы могут быть использованы в системах питания будущих линейных электрон-позитронных коллайдеров Компрессоры микроволновых импульсов могут быть использованы при исследовании воздействия мощного импульсного излучения на различные вещества и электродинамические компоненты Четырехзеркальный резонатор с одним гофрированным зеркалом может быть использован в качестве накопительного кольца - безотражательного плазменного реактора Диплексеры на основе четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными зеркалами могут быть использованы в радарах с синтезированной полосой частот, системах многоканальной дальней космической связи и системах подавления магнитогидроди-намических неустойчивостей плазмы в токамаках

Публикации и апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1а-15а] и докладывались на 7-ой Международной конференции по плотным потокам энергии и мощному излучению диапазона СВЧ (2005, Каламата, Греция), на 14-ой Объединенной конференции по электронно-циклотронной эмиссии и электронно-циклотронному резонансному нагреву (2006, Санторини, Греция), на XXII Международной конференции по линейным ускорителям "LINAC-2004"

(2004, Любек, Германия), на VI международной конференции "Мощные микроволны в плазме" (2005, Нижний Новгород), на 31-ой Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам и терагерцовому излучению (2006, Шанхай, КНР), на Всероссийском семинаре по радиофизике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона (2005, Нижний Новгород), на 18-ом Совместном российско-германском семинаре по электронно-циклотронному нагреву и гиротронам, на X и XI Нижегородских сессиях молодых ученых (2005, 2006), на конкурсе молодых ученых (2005) и внутренних семинарах Института прикладной физики РАН (2002, 2004-2006)

Личный вклад автора. Все приведенные в диссертации результаты получены либо автором лично, либо при его непосредственном участии Причем, первое относится в большей степени к теоретическим исследованиям, численному расчету, эскизному проектированию макетов устройств и обработке экспериментальных данных, а последнее - непосредственно к проведению экспериментальных исследований

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, четырех приложений и заключения Объем диссертации составляет 150 страниц, включая 86 страниц основного текста, 56 рисунков, размещенных на 56 страницах, и список литературы, приведенный на 8 страницах и состоящий из 80 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении описывается современное состояние рассматриваемых в диссертации проблем, освещается тенденция перехода на большие частоты и большие мощности в микроволновой технике и связанная с ней проблема необходимости качественного изменения устройств управления микроволновыми потоками Делается вывод о целесообразности разработки и применения квазиоптических устройств управления мощным высокочастотным излучением, в основе принципа действия которых лежат свойства металлических дифракционных решеток Обосновывается актуальность темы диссертационной работы и ее практическая значимость, кратко излагается содержание работы

В главе I диссертации сделан обзор дифракционных свойств металлических периодически гофрированных зеркал

В nil приводится теория дифракции плоской монохроматической волны на дифракционной решетке Поле рассеяния плоской волны на решетке можно представить в виде конечного набора отраженных плоских волн, ответственных за перенос энергии, и счетного числа волн, экспоненциально прижатых к решетке Число отраженных волн зависит от периода решетки, угла падения и частоты исходной волны, а их интенсивности - еще от формы и

глубины гофра, поляризации волны Волны Е (магнитное поле перпендикулярно канавкам гофра) и Н (электрическое поле перпендикулярно канавкам гофра) -поляризованные относительно гофра при дифракции не связываются Для нахождения рассеянного поля нужно решать двумерное уравнение Гельмгольца с граничными условиями Дирихле и Неймана для волн Е и Я типа соответственно Численно задачу решают методом интегрального уравнения Пучок конечного сечения представим в виде непрерывного набора плоских волн, для каждой из которых рассеянное поле можно найти упомянутым выше способом. Подбором параметров гофра и падающей волны можно, например, получить наиболее часто используемый на практике случай, когда существуют только две отраженные волны - зеркальная и (-1)-го порядка с желаемым соотношением мощностей

В п 12 рассматриваются варианты использования дифракционных решеток для управления квазиоптическими потоками Решетки могут выполнять большинство функций по управлению излучением, близких к тем, которыми обладают стандартные волноводные устройства управления, используемые на относительно низких частотах, а именно, они могут использоваться в качестве поляризаторов, частотных фильтров, поляризационных сепараторов, делителей и сумматоров когерентных пучков, нерезонансных мультиплексеров, компрессоров импульсов (обычно в паре) и элементов связи с квазиоптическим резонатором На коротких (миллиметровых и субмиллиметровых) микроволнах решетки обладают преимуществом над закрытыми волноводными системами вследствие более низких омических потерь и способности выдерживать большие мощности

Глава II посвящена исследованию фазоуправляемого сумматора-коммутатора "magic Y" Один из способов повышения эффективности и увеличения мощности линейных ускорителей заряженных частиц состоит в использовании линии задержки с взаимно сфазированными микроволновыми источниками, работающей поочередно на запитку разных ускоряющих секций (Delay Line Distribution System) Для управления волновыми потоками в этой системе нужны фазоуправляемые сумматоры-коммутаторы Для квазиоптического ускорителя, работающего на частоте 30 ГГц и выше, в [Petelm МI, Caryotakis G , Tolkachev A A et al Quasi-Optical Components for MMW Fed Radars and Particle Accelerators // High Energy Density Microwaves Ed by RM Phillips 1998 AIP Conf Proc 474 NY 1998 P 304 - 315] было предложено в качестве такого устройства использовать 3 дБ металлическую дифракционную решетку - "magic Y" (аналог волноводного "magic Т") Амплитуда гофра и период подбираются так, что для приходящих на нее пучков есть лишь зеркальный и (-1)-ый, являющийся антизеркальным, отраженные лучи равной мощности Подбором разницы фаз между суммируемыми пучками можно получать пучок удвоенной мощности, распространяющийся в любом из двух альтернативных направлений (рис 1)

Рис 1 "Magic Y" волновой сумматор-коммутатор Вид на решетку сверху При смене разности фаз между исходными волнами на к , ц\-срг=ц/ + к , суммарная волна пойдет в альтернативном направлении, соответствующем пунктирной стрелке

В п II1 приводится теория суммирования и коммутации пучков конечных сечений Используя представление падающего пучка в виде набора плоских волн, находится поле отраженных пучков в интегральной форме При получении окончательных выражений для отраженных пучков используется разложение в ряд Тейлора для волновых векторов плоских волн и комплексных коэффициентов отражения по углам в декартовой системе координат, привязанной к пучку, с сохранением первых нескольких членов разложения Рассчитываются рабочая полоса частот и дифракционные потери при коммутации гауссовых пучков наиболее практичной эллиптической формы, соответствующей круглой засвечиваемой на решетке области Предлагается более общая, чем "magic Y", конфигурация сумматора-коммутатора, частным случаем которой является реализация, когда все пучки находятся в одной плоскости

В п II2 описывается демонстрационный эксперимент, выполненный на частоте 34 ГГц и показавший высокую эффективность данного устройства (96% с учетом потерь во вспомогательной зеркальной системе согласования)

Коммутатор также может использоваться для изоляции микроволнового источника от излучения, отраженного от нагрузки Из двух решеток типа "magic Y" и линии задержки может быть составлен интерферометр и использован для сложения разночастотных сигналов в один канал и частотного сканирования суммарного пучка между двумя выходами

Главы III—V посвящены устройствам на основе кольцевых многозеркальных резонаторов, возбуждаемых посредством одного или нескольких общих с квазиоптическими линиями передачи гофрированных зеркал Подробно в них рассматриваются резонансные компрессоры микроволновых импульсов и узкополосные частотные диплексеры

В главе III приводится теория многозеркальных резонаторов с некомпланарной ииутрирезонаторному пучку организацией ввода-вывода излучения и метод расчета динамики полей внутри и на выходе резонатора, учитывающий конечное время обхода волной резонатора и применимый, в том числе, для очень низко добротных резонансных систем.

Рис. 2. Кольцевой безотр ажат ел ь и ы й симметричный четырехзсркальный резонатор, связанный с квазиоптической линией передачи с помощью лучей {-1)-го дифракционного порядка: входного, совпадающего с Ет , и выходного, совпадающего с Еои, .

GM - гофрированное зеркало, FM - плоское зеркало, РМ - параболоидные зеркала. Стрелками показано направление волновых потоков, все углы падения й отражения равны 45°,

Известен трехзеркальный резонатор с гофрированным плоским зеркалом [Данилов Ю.Ю., Кузиков C.B., Павельев В.Г. и др. Компрессия микроволновых импульсов квазиоптическим резонатором с гофрированным зеркалом // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. № 19. С. 5-10]. Связь с внешним потоком в нем осуществляется за счет дифракции минус первого порядка на гофрированном зеркале, причем центры собственного пучка и внешнего затаптывающего пучка, равно как и выходного, лежат в одной плоскости. Недостатком такой компланарной модели является ограничение на геометрию системы в связи с необходимостью обеспечить отсутствие затенения питающего пучка боковыми зеркалами резонатора. Подобных проблем не возникает в случае, когда за-питка вынесена из плоскости циркуляции лучей в резонаторе. Однако для этого в силу поляризационных особенностей для большинства приложений

необходимо, чтобы число зеркал было четным в общем случае резонатора с нечетным числом зеркал и боковым вводом энергии собственные поляризационные моды в силу наличия потерь на связь с линией, передачи являются неортогональными В работе предлагается наиболее простой и практически употребительный вариант четырехзеркального резонатора (рис 2), у которого направление гофра составляет угол 45° с взаимно перпендикулярными плоскостями центральной и той, в которой происходят ввод и вывод излучения Рабочей является либо Е, либо Н поляризация, определяемые относительно гофра

На примере симметричного четырехзеркального резонатора рассматриваются способы расчета поперечной структуры поля резонатора и численного нахождения собственной добротности рабочей моды резонатора, связанной с диффузией излучения за края зеркал

В пренебрежении частотной и угловой дисперсией коэффициентов отражения волн от решетки (где и = 0,-1 - номер дифракционного максимума) для широкого близкого к монохроматическому пучка выводятся соотношения, связывающие амплитуды электрических полей волн на решетке (см рис 2) - приходящего от источника Е3 и приходящего изнутри резонатора Ет с отраженным внутрь резонатора Ег и отраженным на выход ЕоШ

Ег (*) = £„(/)

Ет(1) = х Ег(1-г0), (1)

Здесь учтено, что существует разность фаз коэффициентов отражения Я_1 и на (—1)-ый максимум для волн, приходящих на решетку из разных направлений, зависящая от выбора точки отсчета коэффициентов отражения В пренебрежении дифракционными и омическими потерями в резонаторе закон

сохранения энергии и соотношение взаимности имеют вид ^^ +|^о|2 = 1,

1\К()\2 = -Ко 12 , X - (для волн Е поляризации) Соотношения, подобные (1), в следующих разделах используются для расчета резонансных диплексеров и компрессоров, как на основе высокодобротных, так и на основе низкодобротных резонаторов Также выводится уравнение для нахождения комплексных собственных частот связанного с линией передачи двухсекционного резонатора с заданными геометрическими параметрами, состоящего из двух связанных посредством общего гофрированного зеркала четырехзеркальных резонаторов, один из которых связан еще непосредственно с линией передачи

Глава IV посвящена многозеркальным компрессорам импульсов Для снижения стоимости линейных электронных ускорителей обычно прибегают к сжатию микроволнового импульса перед его вводом в ускорительную секцию Так, в компрессоре SLED используется трансформация импульса со 180°-ым "скачком" фазы при прохождении через резонансную структуру Однако полоса мощных микроволновых усилителей с ростом частоты, как правило, сужается, и скорость внутриимпульсной фазовой модуляции их выходного сигнала оказывается все более ограниченной Приходится искать способы компрессии импульсов с относительно плавной, в частности, линейной частотной модуляцией (JI4M) Причем, одним из способов повышения эффективности компрессии ЛЧМ-импульсов является применение цепочек резонаторов или составных резонаторов, для чего лучше других подходит че-тырехзеркальный резонатор

В п IV1 вводятся основные характеристики компрессора КПД — отношение энергии в рабочей части выходного импульса к энергии входного импульса, степень компрессии - отношение длительности рабочей части выходного импульса к длительности входного импульса, который считается прямоугольным, и коэффициент увеличения мощности — произведение степени компрессии и КПД

В зависимости от соотношения ширины резонансов и расстояния между продольными собственными частотами, резонансные системы условно подразделяются на высокодобротные и низкодобротные (имеются в виду только потери на связь) Так как применительно для компрессоров импульсов оптимальная ширина резонанса имеет тот же порядок, что и частотная полоса сжимаемого сигнала, в случае высокодобротных систем можно пренебречь влиянием всех резонансов кроме основного (или близких основных в случае многорезонаторных компрессоров) на процесс деформации импульса В случае же низкодобротных систем требуется более строгое описание, принимающее во внимание остальные продольные моды посредством учета конечного коэффициента связи и длины резонансной системы

Для компрессоров на основе высокодобротного резонатора приводятся известные значения оптимальных параметров входного импульса длительность, скорость изменения частоты и начальная отстройка частоты от резонансной (для ЛЧМ-импульсов) Для низкодобротных систем на основе резонансной линии задержки приводится метод и результаты выполненного расчета оптимальных параметров Хотя КПД в консервативном приближении в случае компрессора прямоугольных ЛЧМ-импульсов на основе линии получился ниже, чем для резонаторного компрессора (62 2% против 65 9% для сжатия в четыре раза), данный недостаток может компенсироваться тем, что собственные потери внутри линии почти не сказываются на КПД, в то время как в случае резонатора они могут существенно его снизить Поле внутри линии в силу большого коэффициента связи намного ниже, а пучок за время входного импульса успевает обойти ее существенно меньшее количество раз

В п IV 2 описываются экспериментальные исследования различных модификаций многозеркальных компрессоров, разработанных под частоту излучения 34 ГГц Подробно рассматривается задача экспериментального нахождения добротностей резонатора нагруженной, собственной и добротности связи Предлагается способ разделения добротности связи и собственной добротности, основанный на сравнении стационарных мощностных коэффициентов прохождения системы при включенном резонаторе и выключенном с помощью помещения внутрь него поглотителя, учитывающий конечную априорно неизвестную долю мощности, ответвляемой решеткой внутрь пустого резонатора Приводятся результаты экспериментов по сжатию ЛЧМ-импульсов в четыре раза, выполненных на четырех различных резонансных компрессорах, среди которых

1) компрессор импульсов длительностью 90 не на основе трехзеркального резонатора,

2) компрессор импульсов длительностью 80 не на основе четырехзер-кального резонатора,

3) модифицированный медный вариант компрессора импульсов длительностью 250 не на основе четырехзеркального резонатора,

4) компрессор импульсов длительностью 11 не на основе четырехзер-калыюй резонансной линии задержки (коэффициент связи для нее по мощности был равен 63%)

Продемонстрированный КПД во всех случаях был близок к теоретическому и составлял около 60% для степени сжатия четверки, что соответствует коэффициенту увеличения мощности ~2 4

Также приводится эксперимент по сжатию импульса со скачком фазы на 180° с помощью компрессора на основе четырехзеркального резонатора

Глава V посвящена диплексерам на основе симметричного четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными плоскими зеркалами (рис 3) Диплексер - это устройство для бинарного объединения и (или) разделения разночастотных сигналов, которое является частным случаем мультиплексора и может быть составным элементом последнего Для обеспечения высокой частотной селективности используются резонансные мультиплексеры, причем в диапазоне миллиметровых волн для снижения омических потерь и повышения электропрочности целесообразно применять резонаторы квазиоптического типа

В п V1 приводится теория резонансного диплексера Аналогично получению соотношений (1), выводятся формулы для амплитудных коэффициентов прохождения в резонансный ( R ) и нерезонансный (Г) каналы диплексера, учитывающие конечную величину связи и наличие других продольных мод резонатора

Нерезонансный выход

|да> - »с^

-1

/

/

/

/

Вход

«I, л(г

Резонансный выход

: ......Д,

V-

У 1

■

■ .... I

^-А —

.....1 1 1 1 1 1 \ I

-во -60 -40 -20 О 20 40 60 80 {/-/„) [МГц]

Рис, 3,

Сверху: четырехзсркальный резонатор с двумя гофрированными зеркалами в режиме разделения разно частотных сигналов.

Снизу: частотно-мощностные характеристики диплекссра на 140 ГГц, полученные с помощью интегрального измерителя мощности. Горизонтальные кривые: верхняя -мощность на входе; ннжняя - мощность на резонансном выходе, когда зеркало 4 резонатора закрыто поглотителем; кривая между ними — мощность в нсрезонансном канале при вставленном внутрь резонатора поглотителе. Резонансные кривые - мощкостные коэффициенты прохождения и отражения в резонансный (пик) и не резонансный (провал) каналы диплексера, резонатор в рабочем состоянии.

ЦАа)) = Е0—р—----, Т(Асо) =--1------ (2)

1-|/?9/го|ехр(гД/с11) ехр(гДИ,Е)

Здесь Дсо = са-со'0 - отстройка частоты от резонансной, Ак = Асо/с, I I2

(1- /?9 ) - паразитные потери мощности волны за обход резонатора, -длина резонатора

Рассматривается проблема фиксированное™ поляризации, предлагается вариант диплексера со специально подобранной ориентацией гофра решеток, способный функционировать на любой поляризации излучения

В п V 2 описывается эксперимент по разделению разночастотных сигналов с помощью диплексера на 34 ГГц Четырехзеркальный резонатор имел длину обхода 80 см, радиационную и собственную добротности 2000 и 50000 соответственно Ширина резонансных кривых для коэффициентов прохождения диплексера составляла ~20 МГц по половинному уровню мощности Потери внутри резонатора на резонансной частоте не превышали 10%

В п УЗ описывается эксперимент с диплексером на 140 ГГц, предназначенным для сканирования пучка гиротрона в зеркальной линии передачи излучения стелларатора \V7-X, функционирующей при нормальном атмосферном давлении Резонатор имел длину 240 см, дифракционную эффективность решеток 22%, которые были выбраны из условия обеспечения необходимой ширины резонансных кривых диплексера для переключения пучка между выходными каналами путем электрического управления частотой гиротрона в малых пределах и условия обеспечения приемлемой величины максимально возможного контраста между каналами при как можно меньшей амплитуде поля внутри резонатора Соответствующие ширина резонансной кривой по половинному уровню мощности была 10 МГц, свободный частотный интервал между соседними резонансами - 125 МГц На рисунках 3 и 4 приведены результаты "холодного" эксперимента по сканированию гауссова пучка Для имитации гиротронного пучка использовался гофрированный рупор и одно наклонное зеркало с глубоким эллипсоидным профилем Всего было задействовано 11 зеркал Собственная добротность резонатора составила более 500 103 при радиационной добротности 14 103 Хороший контраст (лучше, чем 1 10) между каналами достигался при изменении частоты на 25 МГц На резонансной частоте завышение мощности в нерезонансном канале и занижение ее в резонансном на величину =4% (рис 3) объясняются примерно в равной степени конечной полосой источника излучения и неполным согласованием входного пучка с рабочей модой резонатора

Недавно были проведены горячие - на мощности до 0 7 МВт - испытания данного диплексера на гиротронном комплексе стелларатора \V7-X (Германия) В одном из экспериментов частотная модуляция - около 200 МГц за

Резонансный выход

Р (отн- ед.] РЬазе

Нерезонансный выход

Р [отн. ед.] РИазе

1 И | И

й 1М0 м (о ю ей то йо ** ю зо 50 .ей. аа

X АХГ5 [тш! X [тт]

Рис. 4, Амплитуд но-фазовые измерения.

Сверху: коэффициенты прохождения диплексера - мощность и фаза для гауссовой моды как функции частоты. Точки - эксперимент с использованием селективных приемных рупоров, линии - аппроксимация согласно формулам (2).

Снизу: измеренное распределение интенсивности и фазы поля на выходах диплексера, шаг между градациями 3 дБ и 10°. Мелкая рябь связана с конечной скоростью непрерывного перемещения сканирующего элемента.

300 мс - обеспечивалась эффектом уменьшения собственной частоты резонатора гиротрона при его прогреве после включения Другой эксперимент был проведен в квазистационарном режиме, частотная модуляция с размахом до 30 МГц осуществлялась изменением напряжения гиротрона на 4 кВ В обоих экспериментах было продемонстрировано переключение пучка между каналами с контрастом, близким к теоретическому пределу

В настоящее время обсуждается возможность использования диплексера в токамаке БТи (Фраскати, Италия) в системе подавления неустойчивостей плазмы В перспективе системы подобного типа могут представить интерес и для других токамаков, включая Международный термоядерный реактор

В приложении 1 выводятся уравнения для нахождения собственных поляризационных мод трехзеркального резонатора с потерями, вносимыми гофрировкой На примере решетки с синусоидальным профилем обсуждается эллиптичность собственных поляризаций и их неортогональность, величина которых по мощности пропорциональна четвертой степени амплитуды гофра В приложении 2 выводится условие, при котором имеет место одновременное совпадение поляризаций возбуждающей резонатор волны и собственной моды многозеркального резонатора на выходе резонатора и внутри него Доказывается, что в общем случае такое возможно лишь для резонаторов с четным числом зеркал

В приложении 3 рассматривается задача выбора поляризации источника, соответствующей наилучшему возбуждению собственной моды трехзеркального резонатора При малой амплитуде гофра правильный выбор соответствует совпадению поляризаций обеих волн на выходе резонатора

В приложении 4 производится оценка влияния нормального смещения бокового зеркала резонатора, описанного в п УЗ, на собственную моду и ее связь с входным пучком

В заключении сформулированы основные результаты диссертации

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1 Для системы, осуществляющей бинарное суммирование квазиоптических волновых пучков на плоской металлической гребенке и фазоуправляе-мую коммутацию результирующего пучка, разработан метод расчета, обеспечивающий минимизацию дифракционных потерь Спроектирован, изготовлен и продемонстрирован макет сумматора-коммутатора с рабочей частотой 34 ГГц

2 Предложена симметричная конфигурация четырехзеркального резонатора, в котором гофрировка одного или двух зеркал обеспечивает связь рабочей моды с входным(и) и выходным(и) волновыми пучками, расположенными в плоскости, поперечной относительно плоскости циркуляции внутрирезонаторного пучка Показаны преимущества данной схемы по сравнению с известными аналогами

3 Разработано несколько квазиоптических вариантов компрессоров импульсов типа SLED, в том числе с линейной частотной модуляцией исходного импульса Результаты эксперимента, проведенного на частоте 34 ГГц, в пределах точности измерений соответствуют расчету

4 Разработан диплексер на основе четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными зеркалами Модели диплексеров испытаны в рамках совместного проекта ИПФ РАН, Института плазменных исследований Штутгартского университета и Института физики плазмы (Германия) на малом уровне мощности на частотах 34 ГГц и 140 ГГц1

1 В марте 2007 диплексер был испытан, при участии автора, на гиротронном комплексе стелларатора W7-X (Германия) в режимах, когда модуляция частоты гиротрона выходной мощностью до 0 7 МВт осуществлялась а) с использованием естественного термического ухода собственной частоты резонатора гиротрона после подачи напряжения на пушку, б) путем модуляции напряжения гиротрона В обоих случаях был получен контраст между каналами, близкий к теоретическому пределу Финансирование проекта осуществлялось по программе международного виртуального института «Advanced ECRH for ITER»

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ . . . . .. . . .4

Глава I Обзор теоретических и экспериментальных исследований дифракционных гребенок . . . .17

I 1 Дифракция электромагнитной волны на гофрированной металлической поверхности . .. ... .... 17

12 Примеры использования дифракционных гребенок. . . 21

Глава II Фазоуправляемый сумматор-коммутатор волновых потоков 27

111 Теория ........... . .27

112 Эксперимент на 34 ГГц . .. ...... . .39

Глава III. Общая теория кольцевых многозеркальных резонаторов, связанных с квазиоптическим волноводом посредством гофрированных зеркал ... 42

III1. Поляризационные особенности многозеркальных резонаторов . 44

1П 2 Метод расчета поперечной структуры поля и зеркал резонатора 45

III3 Метод расчета временной динамики полей внутри и на выходе резонатора................... .49

Глава IV. Многозеркальные компрессоры микроволновых импульсов . 55

IV. 1. Теория, метод расчета ................ .. 56

IV 2 Эксперименты на 34 ГГц .............. .....67

Глава V Резонансные диплекссры. ............89

V 1. Теория, метод расчета . ......... 89

V.2 Эксперимент на 34 ГГц .. ............ 96

V 3 Эксперимент па 140 ГТц . ............. 99

ПРИЛОЖЕНИЯ......................128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . .................... 142

ЛИТЕРАТУРА ......... .......... 143

Список цитируемой литературы....... ... ... 143

Список публикаций автора по теме диссертации . . ... 148

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Petelin М , Hirshfield J , Damlov Yu , Kuzikov S , Pavelyev V, Schegolkov D, Yunakovsky A Components for quasi-optically-fed linear accelerators // AIP Conf Proc 807 Abe David К , Nusmovich Gregory S (Eds ) NY 2006 P 408-415

2 Erckmann V , Gorbatuschkov V N , Hirshfield J L , Kasparek W , Koshunnov Yu I, Pavelyev V G , Petelin MI, Shchegol'kov D Yu , Turchm IV Control of quasi-optical beams by grating based devices // Proc of the 6th International Workshop "Strong Microwaves in Plasmas" N Novgorod IAP 2006 VIP 251-255

3 Кошуринов Ю И, Павельев В Г, Петелин М И, Щегольков Д Ю Фазо-управляемый сумматор-коммутатор волновых пучков «Magic Y» // Всероссийский семинар по радиофизике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона Тезисы докладов Н Новгород ИПФ РАН 2005 С 6

4 Щегольков Д Ю Квазиоптические резонансные компрессоры микроволновых импульсов // XI Нижегородская сессия молодых ученых Естественнонаучные дисциплины Материалы докладов Н Новгород Изд Гладкова О В 2006 С 112-113

5 Данилов Ю Ю , Кузиков С В , Павельев В Г, Кошуринов Ю И , Щегольков Д Ю Компрессор линейно-модулированных по частоте импульсов на основе кольцевого трехзеркального резонатора // ЖТФ 2005 Т 75 Вып

4 С 131-133 http //www ioffe ru/journals/jtf72005/04/pl31-133 pdf

6 Щегольков Д Ю, Кошуринов Ю И Компрессия микроволнового импульса с помощью многозеркальной резонансной линии задержки // Известия ВУЗов Радиофизика (принята к печати)

7 Kuzikov S V, Damlov Yu Yu, Denisov G G, Shegol'kov D Yu, Vikharev A A , Syratchev I, Paveliev V G Multi-mode SLED-II pulse compressors // XXII International LINAC Conf Proc 2004 Lubeck Germany THP28 P 660-662

8 Кошуринов Ю И , Павельев В Г , Петелин М И , Турчин И В , Щегольков Д Ю Диплексер на основе открытого резонатора с гофрированными зеркалами // Письма в ЖТФ 2005 Т 31 Вып 16 С 73-79 http //www ioffe ru/j ournals/pjtf/2005/16/p73-79 pdf

9 Kasparek W, Petelin M , Erckmann V , Shchegolkov D , Bruschi A , Cirant

5 , Litvak A , Thumm M , Plaum В , Grunert M , Malthaner M Fast Switching and Power Combination of High-Power Electron Cyclotron Wave Beams

Principles, Numerical Results and Experiments // Fusion Science and Technology (accepted for publication)

10 Kasparek W , Petelm M , Erckmann V, Shchegolkov D , Bruschi A , Cirant S , Thumm M , Plaum В , Grunert M , Malthaner M Fast Switching of HighPower Millimetre Waves Between Two Launchers Concepts, Numerical Investigations and First Experiments // EC-14 Proceedings, 2006 (accepted for publication) http //www hellasfusion gr/englishver/ecl4conference php

11 Кошуринов Ю И , Павельев В Г , Петелин М И , Турчин И В , Щегольков Д Ю Управление квазиоптическими потоками посредством приборов, основанных на дифракционных гребенках // X Нижегородская сессия молодых ученых Естественнонаучные дисциплины Тезисы докладов Н Новгород Изд Гладкова О В 2005 С 161-162

12 Кошуринов Ю И , Павельев В Г, Петелин М И , Турчин И В , Щегольков Д Ю Диплексер на основе открытого резонатора с гофрированными зеркалами // Всероссийский семинар по радиофизике миллиметрового и субмиллиметрового диапазона Тезисы докладов Н Новгород ИПФ РАН 2005 С 15-16

13 Peskov N Yu , Savilov А V , Kalynov Yu К , Kuzikov S V , Shchegol'kov D Yu , Kaminsky А К , Perelshtein E A , Sedykh S N , Sergeev A P Project of sub-millimeter Bragg FEM based on two-wave interaction // Proc of the 6th International Workshop "Strong Microwaves m Plasmas" N Novgorod IAP 2006 V 1 P 245-250

14 Peskov NYu, Savilov AV, Kalynov Yu К, Kuzikov SV, Shchegol'kov D Yu, Elzhov A V, Kaminsky А К, Kozlov A P , Perelstem E A , Sedykh S N Progress in development of powerful sub-mm Bragg FEM based on moderately relativistic electron beam // IRMMW-THz 2006 Conf Proc 2006 P 573

15 Kuzikov SV, Danilov YuYu, Denisov GG, Hirshfield JL, Koshunnov Yu I, Pavehev V G , Petelm M I, Plotkm M E , Shegol'kov D Yu, Syratchev I, Vikharev A A , Yashumn S A Novel quasi-optical passive pulse compressors // Proc of the 6th International Workshop "Strong Microwaves m Plasmas" N Novgorod IAP 2006 V 1 P 330-336

/

Щегольков Дмитрий Юрьевич

КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ГОФРИРОВАННЫХ ЗЕРКАЛ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНЫМИ МИКРОВОЛНОВЫМИ ПОТОКАМИ

Автореферат

Формат 60 х 90 '/16 Бумага офсетная № 1 Уел печ л 1,25 Тираж 100 экз Заказ №42 (2007)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 Н Новгород, ул Ульянова, 46

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. Обзор теоретических и экспериментальных исследований дифракционных гребенок.

1.1. Дифракция электромагнитной волны на гофрированной металлической поверхности.

1.2. Примеры использования дифракционных гребенок.

Глава П. Фазоуправляемый сумматор-коммутатор волновых потоков.

ПЛ. Теория.

П.2. Эксперимент на 34 ГГц.

Глава III. Общая теория кольцевых многозеркальных резонаторов, связанных с квазиоптическим волноводом посредством гофрированных зеркал.

Ш.1. Поляризационные особенности многозеркальных резонаторов.

Ш.2. Метод расчета поперечной структуры поля и зеркал резонатора.

Ш.З. Метод расчета временной динамики полей внутри и на выходе резонатора.

Глава IV. Многозеркальные компрессоры микроволновых импульсов.

IV. 1. Теория, метод расчета.

IV.2. Эксперименты на 34 ГГц.

Глава V. Резонансные диплексеры.

V. 1. Теория, метод расчета.

V.2. Эксперимент на 34 ГГц.

V.3. Эксперимент на 140 ГГц.

При разработке новых мощных высокочастотных (миллиметровых и субмиллиметровых) микроволновых приборов и комплексов возникает проблема управления излучением в них. Для управления мощными потоками излучения в указанном диапазоне стандартные волноводные устройства непригодны. Нужны их сверхразмерные и, в конечном счете, открытые квазиоптические аналоги [1]. К числу наукоемких областей, испытывающих потребность в новых методах управления микроволновым излучением, относятся:

- линейные электрон-позитронные ускорители следующего поколения (суперколлайдеры), ориентированные на частоту излучения 34 ГГц и выше [2];

- мощные радары с высокой разрешающей способностью;

- системы многоканальной космической связи;

- системы адаптивного подавления плазменных неустойчивостей в магнитных ловушках, использующие для этих целей излучение от гиротронов с частотами 140 - 170 ГГц;

- системы для микроволновой обработки материалов и исследования воздействия сильных СВЧ полей на электронные устройства и вещества.

Устройства с поперечным сечением порядка длины волны, широко используемые в более низком частотном диапазоне, в этих приложениях, очевидно, использоваться не могут из-за неспособности выдерживать достаточные мощности в связи с возникновением высокочастотного пробоя и термической усталостью металла [3, 4]. Более того, в коротковолновой части микроволнового диапазона даже на малой мощности такие компоненты неприемлемы для высокопрецизионной спектроскопии и измерения потерь в металлах и высококачественных диэлектриках (алмазах) [5].

Большинство функций по управлению излучением, близких к тем, которыми обладают стандартные волноводные устройства управления, используемые на относительно низких частотах, могут выполнять дифракционные решетки [1]. На миллиметровых и субмиллиметровых волнах решетки обладают преимуществом вследствие более низких омических потерь и способности выдерживать большие мощности. Хотя решетки используются в оптике уже длительное время, выполняя функции управления оптическими потоками в устройствах, предназначенных для разделения-объединения пучков, спектрального анализа излучения, преобразования поляризации волн, компрессии импульсов, они еще только начинают использоваться в существенно более длинноволновом микроволновом диапазоне.

На современном этапе развитие микроволновой техники идет не только по пути увеличения мощности, но и, что существенно, повышения частоты как источников, так и потребителей излучения [2, 5-19, 1а]. В случае линейных электрон-позитронных коллайдеров с несверхпроводящими ускорительными структурами такой путь определяется частотным скейлингом [2,15], согласно которому, во избежание повреждения металлических стенок, увеличение ускоряющего поля должно сопровождаться ростом частоты запитывающего излучения. В частности, для достижения уровня энергии электронов и позитронов в 1 ТэВ (представляющего повышенный интерес для физики микромира) и выше, требуется увеличение рабочей частоты современных ускорителей с нескольких гигагерц до нескольких десятков гигагерц. В радарной технике большие частоты означают лучшую пространственную разрешающую способность, а в системах связи - большую информационно-пропускную способность [12, 13, 20-25]. В настоящее время во многих микроволновых системах, оперирующих с излучением большой мощности, практически осуществился переход к сверхразмерным компонентам транспортировки и управления излучением, однако в большинстве случаев такие компоненты пока представляют собой сверхразмерные волноводы с металлическими стенками [5, 20, 26-30]. Дальнейший рост частоты неизбежно приведет к необходимости перехода к открытым системам зеркального типа. Уже сейчас имеется опыт применения зеркальных систем для транспортировки излучения на частоте 140 ГГц от гиротронов непрерывной мегаваттной мощности в фундаментальных экспериментах по нагреву, контролю и диагностике плазмы на стеллараторе Wandelstein-7AS [19]. Подобная комбинация зеркальных линий используется в строящемся стеллараторе Wandelstein-7X (W7-X) [23]. Тем не менее, до сих пор остается богатое поле деятельности по изобретению новых конкурирующих квазиоптических устройств, и только наиболее эффективные и надежные из них имеют шанс надолго закрепить свои позиции в микроволновой технике.

Данная работа посвящена разработке и исследованию (теоретическому и экспериментальному) квазиоптических устройств управления микроволновыми потоками, в основе принципа действия которых лежат дифракционные свойства металлических периодически гофрированных зеркал [1,31—33,1а—15а].

Цель диссертационной работы состояла:

- в разработке новых и доработке уже известных электропрочных высокоселективных безотражательных устройств на основе металлической отражательной дифракционной решетки для управления квазиоптическими микроволновыми потоками, а именно: а) фазоуправляемого сумматора-коммутатора "magic Y", b) зеркальных резонаторных компрессоров импульсов с удобной конфигурацией ввода-вывода излучения, c) компрессора на основе зеркальной резонансной линии задержки, d) узкополосных диплексеров.

- в расчете и экспериментальной реализации этих и других (известных) устройств, содержащих дифракционную решетку в качестве ключевого элемента, с последующей опытной проверкой.

Научная новизна

1. Теоретически исследованы суммирование и коммутация некомпланарных взаимно когерентных волновых пучков конечного сечения на отражательных дифракционных решетках. Рассчитан и экспериментально реализован фазоуправляемый бинарный сумматор-коммутатор на частоте 34 ГГц.

2. Аналитически исследованы особенности некомпланарного внутрирезонаторному пучку ввода-вывода энергии в кольцевых резонаторах с нечетным и четным числом зеркал, одно или несколько зеркал которых гофрированы. Показаны преимущества четырехзеркальной системы по сравнению с трехзеркальной.

3. Рассчитано несколько вариантов зеркальных компрессоров микроволновых импульсов (типа SLED = Stanford Linac Energy Doubler), в том числе с линейной частотной модуляцией входного импульса. Учтены эффекты, связанные с конечной длиной резонансной системы и конечной величиной ее связи с линией передачи. Несколько компрессоров (в том числе компрессор предельно коротких для выбранной длины резонансной линии импульсов) испытано на частоте 34 ГТц.

4. Рассчитаны и продемонстрированы на малом уровне мощности узкополосные диплексеры на основе четырехзеркального резонатора. Один из них, с резонансной частотой вблизи 140 ГТц, испытан на гиротронном комплексе стелларатора W7-X.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем.

Разработанные системы управления квазиоптическими потоками представляются перспективными для использования в передовых областях науки и техники. Фазоуправляемые сумматоры-коммутаторы могут быть использованы в системах питания будущих линейных электрон-позитронных коллайдеров, ориентированных на частоты 34 ГГц и выше [2, 15]. Компрессоры могут быть использованы при исследовании воздействия мощного импульсного излучения на различные электродинамические компоненты, материалы и вещества. Наличие плоского зеркала делает четырехзеркальный резонатор предпочтительным для использования в качестве накопительного кольца. Такой режим работы требуется для исследования материалов и электродинамических подсистем в сильных постоянных СВЧ полях и для создания безотражательных плазменных реакторов. Диплексеры на основе четырехзеркального резонатора могут найти применение в новых мощных широкополосных радарах с синтезированной полосой частот, призванных обеспечить высокую разрешающую способность, и системах многоканальной космической связи. Наконец, разработанные диплексеры в сочетании с электрическим управлением частотой гиротрона в относительно малых пределах (=Ю.02%) могут быть использованы для сложения излучения от гиротронов и дискретного сканирования суммарного пучка между двумя выходами. Такой режим работы требуется в системах подавления неустойчивостей плазмы в магнитных ловушках, в том числе в установках управляемого термоядерного синтеза.

Личный вклад автора

Все приведенные в диссертации результаты получены либо автором лично, либо при его непосредственном участии. Причем первое относится в большей степени к теоретическим исследованиям, численному расчету и обработке экспериментальных данных, а последнее - непосредственно к проведению экспериментальных исследований.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, четырех приложений и заключения. Объем диссертации составляет 150 страниц, включая 86 страниц основного текста, 56 рисунков, размещенных на 56 страницах, и список литературы, приведенный на 8 страницах и состоящий из 80 наименований.

Выход f (ElE{,HlHa)

Резонатор

E0;HoZ) Резонатор

E0\Ej;H0\H.fZ)

Вход j

E0E^H0HiZ)

Рис. П3.1.

Сверху: преобразование поляризаций волн источника и резонатора на решетке, общий случай.

Снизу: то же самое, но поляризация волны источника выбрана оптимальной для возбуждения резонатора.

Hoz^f^H.af'

Величина у/ комплексная и подлежит оптимизации. Максимум соответствует такой фазе ц/, что arg^.^) = 3x%{HqHaxv)> ПРИ этом выражение (П3.1)упрощается:

E0Ex\ + \H0Hgy,\f[\ + \xf)

ЛЫ]

Максимум достигается при н=

Таким образом, для оптимальной поляризации волны от источника имеем:

Подставляя это значение в выражения для поляризации волны, прошедшей внутрь резонатора и на выход из него, легко заметить следующее (рис. П3.1, снизу). При стремлении амплитуды гофра к нулю поляризации обеих волн на выходе резонатора становятся одинаковыми, в то время как поляризации волн внутри резонатора остаются различными, в частности, повернутыми друг относительно друга на конечный угол. Несмотря на это, отношение (П3.1) стремится к единице (снизу). Таким образом, правильным (хоть и не вполне очевидным) является выбор поляризации источника такой, чтобы имело место совпадение поляризаций волн на выходе резонатора. Именно такой выбор соответствует максимальному произведению доли ответвляемой мощности от источника (зависящей от поляризации источника) и близости поляризаций рассматриваемых волн внутри резонатора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем основные результаты работы.

1. Для системы, осуществляющей бинарное суммирование квазиоптических волновых пучков на плоской металлической гребенке и фазоуправляемую коммутацию результирующего пучка, разработан метод расчета, обеспечивающий минимизацию дифракционных потерь. Спроектирован, изготовлен и продемонстрирован макет сумматора-коммутатора с рабочей частотой 34 ГГц.

2. Предложена симметричная конфигурация четырехзеркального резонатора, в котором гофрировка одного или двух зеркал обеспечивает связь рабочей моды с входным(и) и выходным(и) волновыми пучками, расположенными в плоскости, поперечной относительно плоскости циркуляции внутрирезонаторного пучка. Показаны преимущества данной схемы по сравнению с известными аналогами.

3. Разработано несколько квазиоптических вариантов компрессоров импульсов типа SLED, в том числе с линейной частотной модуляцией исходного импульса. Результаты эксперимента, проведенного на частоте 34 ГГц, в пределах точности измерений соответствуют расчету.

4. Разработан диплексер на основе четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными зеркалами. Модели диплексеров испытаны в рамках совместного проекта ИПФ РАН, Института плазменных исследований Штутгартского университета и Института физики плазмы (Германия) на малом уровне мощности на частотах 34 ГГц и 140 ГГц2.

2 В марте 2007 диплексер был испытан, при участии автора, на гиротронном комплексе стелларатора W7-X (Германия) в режимах, когда модуляция частоты гиротрона выходной мощностью до 0.7 МВт осуществлялась: а) с использованием естественного термического ухода собственной частоты резонатора гиротрона после подачи напряжения на пушку, б) путем модуляции напряжения гиротрона. В обоих случаях был получен контраст между каналами, близкий к теоретическому пределу. Финансирование проекта осуществлялось по программе международного виртуального института «Advanced ECRH for ITER».

1. МЛ. Petelin, G. Caryotakis, A.A. Tolkachev et al. Quasi-Optical Components for MMW Fed Radars and Particle Accelerators. // High Energy Density Microwaves. Ed. by R.M. Phillips, 1998 AIP Conf. Proc. 474,304 315, NY. 1998.

2. P.B. Wilson. Scaling Linear Colliders to 5 TeV and Above. // SLAC-PUB-7449, 1997.

3. G.A. Mesyats, D.I. Proskurovsky. Pulsed Electrical Discharge in Vacuum. // Heidelberg: Springer, 1989.

4. D.P. Pritzkau, R.H. Siemann. Experimental study of rf pulsed heating on oxygen free electronic copper. // Phys. Rev. Special Topics Accelerators and Beams, 5,112002 (2002).

5. M. Petelin. Quasi-optics in High-Power Millimeter-Wave Systems. // 6th Workshop on High Energy Density and High Power RF, WV, USA, AIP 691, 2003, pp. 251-262.

6. E. Ilyakov, A. Krasnykh, I. Kulagin, S. Kuzikov, V. Lygin, M. Moiseev, M. Petelin, N. Zaitsev. Ka-band 10 MW gyro-devices: an experiment and a project. // 5th Int. Vacuum Electronic Conference (IVEC-2004), Monterey, С A, 2004, pp.61-62.

7. T.C. Luce. Applications of high-power millimeter waves in fusion energy research. // IEEE Trans. Plasma Science, 2002, Vol. 30. No. 3, 734-739.

8. H. Jory, M. Blank, P. Borchard et al. Test Results for a 140 GHz, 1 MW Gyrotron. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 224-231.

9. K.J. Hendricks and M.D. Haworth. Experiments on High-Power Microwave Transmission Through a Belljar. // IEEE Trans. Plasma Science, 2002. Vol. 30, №. 3, pp. 1215-1219.

10. E.R. Colby. EM Structure Based and Vacuum Acceleration. // AIP Conf. Proc., 2002. Vol. 647, pp. 39-46.

11. J. Haimson and B. Mecklenburg. A 71 dB gain, high efficiency relativistic klystron using a high current linear accelerator traveling wave buncher output structure. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 34-45.

12. M.A. Kodis, D. Abraham, and D.D. Morabito. Deep Space C3: High Power Uplinks. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 47-53.

13. A.W. Fliflet, W.M. Manheimer et al. Cloud Imaging Using the NRL WARLOC Radar. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 329-338.

14. R. Lawrence Ives, W. Lawson et al. Development of a 10 MW, 91 GHz Gyroklystron. // AIP Conf. Proc., 2002. Vol. 647, pp. 408-415.

15. P.B. Wilson. Application of High-Power Microwave Sources to TeV Linear Colliders. // Applications of High-Power Microwaves, Ed. A.V. Gaponov-Grekhov and V.L. Granatstein, Boston and London: Artech House, 1994, pp. 229-317.

16. I. Wilson. High-Gradient Testing of Breakdown and Surface Damage. // LC02 SLAC, February 2002.

17. O. Nezhevenko, D. Myakishev, V. Tarnetsky, V. Yakovlev. TW Accelerating Structures with Minimal Electric Field. // Proc. 1995 Particle Accelerator Conference and International Conference on High Energy Accelerators, Dallas, 1995, pp. 1076- 1078.

18. H. Maassberg, C.D. Beidler, V. Erckmann, et al. ECRH and ECCD at high power density at W7-AS. // Strong Microwaves in Plasmas. Ed. A.G. Litvak, Proc. Int. Workshop, Nizhny Novgorod: Institute of Applied Physics, 2000. Vol. 1, pp. 7-26.

19. Ю.Ю. Данилов, C.B. Кузиков, В.Г. Павельев и др. Компрессия микроволновых импульсов бочкообразным резонатором с винтовым гофром. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. № 6. С. 59-64.

20. G.G. Denisov, S.V. Kuzikov. Low-Lobes Antennas Based on Slightly Irregular Oversized Waveguides. // Conf. Digest of 20-th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Orlando, 1995. P. 297-298.

21. V. Erckmann, H. Braune, HP. Laqua et al. The 10 MW ECRH and CD System for W7-X. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 213-223.

22. W. Kasparek, G. Gantenbein, B. Plaum et al. Performance of a remote steering antenna for ECRH/ECCD applications in ITER using a four-wall corrugated square waveguide. // Nuclear Fusion, 2003. Vol. 43, pp. 1505-1512.

23. S.G. Tantawi and C.D. Nantista. Recent Advances in RF Pulse Compressor Systems at SLAC. // AIP Conf. Proc., 2003. Vol. 691, pp. 172-186.

24. S.V. Kuzikov. Wave beam multiplication phenomena to RF power distribution systems of high-energy linear accelerators. // Int. J. Infrared Millimeter Waves 19 (1998), 1523-1539.

25. F.M.A. Smits. Power combiners for incoherent waves. // Proc. of 8th Joint workshop on ECE and ECRH, Report IPP III/l 86, Vol. 2,607 621, 1993.

26. G.G. Denisov, S.V. Kuzikov, N. Kobayashi. RF analysis of ITER remote steering antenna for electron-cyclotron plasma heating. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves 22 (2001), pp. 1735-1760.

27. Ш.Е. Цимринг, В.Г. Павельев. К теории неоднородных электромагнитных волноводов, содержащих критические сечения. // Радиотехника и электроника. 1982. Т.27. №6. С. 1099-1102.

28. M.I. Petelin, Yu.Yu. Danilov. Circular Cavities with Corrugated Mirrors Excited by Wave Beams. // Int. J. of IR & MMW, 1999, Vol. 20, № 12, pp. 2023-2038.

29. J.L. Hirshfieid, P.D. Kolchin, S.V. Kuzikov, M.I. Petelin. Quasi-Optical Antenna Duplexer. // Digest of 25th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Beijing, September 12-15, 2000, pp. 405-406.

30. M. Petelin. High Power Microwave Control by Quasi-Optical Gratings. // Proc. 2006 IEEE International Vacuum Electronics Conference, Monterey, 2006, pp. 553-556.

31. R. Petit (ed.). Electromagnetic Theory of Gratings. // Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 1980.

32. G.G. Denisov, S.V. Kuzikov. Eigenmodes evolution due to changing the shape of the waveguide cross-section. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1997. Vol. 18, № 3. pp. 733-744.

33. H. Mizuno, Y. Otake. A New RF Power Distribution System for X-band LINAC Equivalent to an RF Pulse Compression Scheme of Factor 2n". // Proc. LINAC-94,1994.

34. Ю.Ю. Данилов, C.B. Кузиков, В.Г. Павельев и др. Компрессия микроволновых импульсов квазиоптическим резонатором с гофрированным зеркалом. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. №19. С. 5-10.

35. A.L. Vikharev, Yu.Yu. Danilov, A.M. Gorbachev et al. Quasi-optical microwave pulse compressor at 34 GHz. // Advanced Accelerator Concepts. Ed. Cr.E. Clayton and P. Muggli, AIP Conference Proceedings 647, NY: WoodBury, 2002, pp. 448 458.

36. А. Фокс, Т. Ли. Лазеры // Пер. с англ. под ред. М.Е. Жаботинского и Т.А. Шмаонова. М.: Изд. Иностранной Литературы, 1963. С. 325-362.

37. Б.З. Каценеленбаум. Высокочастотная электроника. // М.: Наука. 1966, 240 стр.

38. А.Н. Лебедев, Э.А. Перелыптейн. // Релятивистская высокочастотная электроника. Вып. 6 / Под ред. А.В. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР, 1990. С. 217-255.

39. Z.D. Farcas, Н.А. Hogg, G.A. Loew, Р.В. Wilson. SLED: A Method of Doubling SLAC's Energy. // Proc. 9-th Conf. on High Energy Accelerator, SLAC, Stanford, С A, USA, 1974, pp. 576-582.

40. V.E. Balakin, I.V. Syrachev. Status of VLEPP RF Power Multiplier (VPM). // Proc. of IH-rd Europian Particle Accelerator Conference, Berlin, Germany, 1992, pp. 1173-1175.

41. Z.D. Farcas, H.A. Hogg, G.A. Loew, P.B. Wilson. Recent Progress on SLED, the SLAC Energy Doubler. // IEEE Trans, on Nucl. Science, 1975. V.NS-22, №3, pp. 1299-1301.

42. H.A. Hogg, G.A. Loew, V.G. Price. Experiments with Very High Power RF Pulses at SLAC. // IEEE Trans. On Nucl. Science, 1983. V.NS-30, №4, pp. 3457-3459.

43. Ю.Ю. Данилов, М.Л. Тай. Компрессия микроволновых импульсов цепочкой резонаторов кольцевого типа. // ЖТФ. 2001. Т. 71. № 4. С. 99-101.

44. M.I. Petelin, M.L. Tai. Compression of Phase-Modulated Microwave Pulse by Chain of Ring Cavities. // Proc. of the IAP Conf. on Pulsed RF Sources for Linear Colliders, Montauk, NY, 1995, pp. 303-310.

45. C.D. Nantista. Radio-Frequency Pulse Compression for Linear Accelerators. // SLAC-Report-95-455, 1995.

46. Дж. Маттей, Л. Янг, Е. Джонс. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. // М.: Связь, 1972. Т. 2.

47. Y. Rong, H.W. Yao, K.A. Zaki, T.G. Dolan. Millimeter-wave Ka-band H-plane diplexers and multiplexers. // IEEE Trans. 1999. V. MTT-47. №12. P. 2325.

48. И.В. Турчин. Мультиплексер на основе кольцевых зеркальных резонаторов. // Радиотехника и электроника. 2003. Т.48. №6. С. 684-687.

49. G. Gantenbein, Н. Zohm, G. Giruzzi et al. Complete suppression of neoclassical tearing modes with current drive at the electron-cyclotron-resonance frequency in ASDEX Upgrade tokamak. //Phys. Rev. Let. 85 (2000), pp. 1242-1245.

50. V.I. Belousov, G.G. Denisov, N.Y. Peskov. Quasi-optical multiplexer based on reflecting diffraction grating. // Int. J. of IR&MMW. V. 12, № 9, 1991, pp. 1035-1043.

51. C.H. Власов, Н.Г. Казакова, E.B. Колосова. Компрессия СВЧ импульсов с помощью дифракционных решеток. // ЖТФ. Т. 68, вып. 2,1998, стр. 82-90.

52. Т. Тамир (ред.). Интегральная оптика. // Москва: Мир, 1978. стр. 41-43.

53. J.A. Murphy. Distortion of a simple Gaussian beam on reflection from off-axis ellipsoidal mirrors. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves, 1987, Vol. 8, No. 9,1165-1187.

54. D.V. Vinogradov. Mirror conversion of Gaussian beams with simple astigmatism. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves, 1995. Vol. 16, № 11, pp. 1945-1963.

55. C.D. Nantista, Z.D. Farkas, R.D. Ruth, S.G. Tantawi, P.B. Wilson. Alternative pulse compression system configuration for linear colliders. // SLAC-PUB-9266,2002, pp. 1-3.

56. H.L. Hirshfield. Millimeter-Wave RF Sources for Accelerator Applications. // AIP Conf. Proc., 2002. Vol. 647, pp. 29-38.

57. A. Fernandez, M. Glyavin et al. Some opportunities to control and stabilize frequency of gyrotron. // Proc. 4th IVEC, Seoul, 2003, p. 172.

58. М.И. Петелин, И.В. Турчин. О частотных характеристиках резонаторов, связанных с волноводами. // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46. № 12. С. 1445-1448.

59. M. Petelin and W. Kasparek. Electrically controlled scanning of wave beam produced by gyrotron: Option for plasma fusion experiment. // Proc. 6th Int. Vacuum Electronics Conference (IVEC 2005), Noordwijk, The Netherlands, 2005, p. 131.

60. P. Brand and G.A. Miiller. Circuit design and simulation of a HV-supply controlling the power of 140 GHz 1 MW gyrotrons for ECRH on W7-X. // Fusion Eng. Design 66-68 (2003), 573 577.