Волновые процессы в устройствах дифракционной электроники с пространственно-развитыми структурами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖА ВНИИ УН1ВЕРСИТЕТ г. а О*

*

а Ь №%ОРОБЙОВ ГЕННАД1Й САВЕЛ1ЙОВИЧ

о

УДК 621.385.6 ХВИЛБОВ1 ПРОЦЕСИ У ПРИЛАДАХ ДИФРАКЩЙНО!ЕЛЕКТРОН1КИ 3 ПРОСТОРОВО-РОЗВИНУТИМИ СТРУКТУРАМИ

01.04.01 - ф1зигса прилад1в, елемсгтв 1 систем 01.04.04 - ф1зична електронжа

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацп на здобуття наукового ступеня доктора ф1зико-математичних наук

СУМИ - 2000

Дисертащею е рукопис.

Робота виконана на кафедр1 ф1зично1 електрошки Сумського державного ушверситету, Мшстерство освгги i науки Украши.

Науковии консультант: доктор фпико-математичшгх наук, профёсор Цвнк Олексш 1вановнч,

Гнститут радюф1зики i електрошки HAH Украши щ. О.Я. Усшсова, провцщий науковий ствробшшк

Офщшш опоненти: доктор фiзико- мате матичних наук, старший науковий ствроб1тник Дробахш Олег Олегович, Дшпропетровський державний ушверситет, професор кафедри ф1зяки НВЧ

доктор ф1зико-математичних наук, старший науковий ствробшшк, доцент Чюрюмов ГеннадШ 1ванович, Харювсыдай державний техшчний университет радюелектрошки, професор кафедри 4»зичних основ електроткл техшки

доктор ф!зико-математичних наук, професор Рощупкш Сергш Павлович, Сумський державний ушверситет, зав. кафедри модедювання складиих систем

Провщна установа: Харивський нащональаий ушверситет ш. В.Н. Каразша,

кафедри ватсуумшя 1 натвиротдниково}' електрошки

та теоретично! радюф1зжи,

Мшстерство освгги 1 науки Укра1ни (м.Харюв)

Захист вщбудеться "30" листопада 2000р. о 13^ годит на заиданш спещашовано! вчено1 ради Д 55.051.02 у Сумському державному утверсигеп за адресою: 40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2, корпус ЕТ, ауд. 216.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ Сумського державного ушверситету.

Автореферат розкланий "¿7" жовтня 2000 р.^ Вчений секретар

спещшйзовашн вченоТ ради Опанасшк A.C.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть теми. У наш час в НВЧ електрошщ мшметрових 1 субмш метрових (МСМ) хвиль на пpaктицi використовуеться ефект Смгга-Парселла (дифракщйного випромшговання), на основ1 якого в 60-т1 роки було запропоновано оротрон { генератор дифракщйного випромшювання (ГДВ). 1нтенсивна робота з досотдження \ створення таких пристрош привела до появи нового наукового напрямку - дифракцшно1 елекгрошки.

На початок виконання дано! робота найбшыл вивченими були ГДВ, електродинам1чна система яких утворена сферощальним або сфероцилшдричним вадкритим резонатором (ВР), на одному ¡з дзеркал якого розташована вщбивна дифракцшна гратка (ДГ). На баз1 таких систем були реал13оват прольотш ГДВ (ПГДВ) неперервних коливань, ¡мпульсш ГДВ (1ГДВ), рпдбивш ГДВ (ВГДВ) ГДВ - автодин 1 ГДВ -регенеративний гпдсилювач. Пор1вняно з класичними приладами (ЛЗХ, юнстрон, магнетрон) ГДВ мають шдвищеш значения стабшьноеп частоти \ р1вшв вгоидно! потужносп, а пор1вняно з релятивштськими приладами - значно менпц прискорювальш напруги 1 магнггш поля. Ц1 якостс дозволяють широко використовувати ГДВ у техшщ ф!зичного експерименту та апаратур! МСМ д1апазошв хвиль.

У класичних приладах збиыиення поперечного перер1зу та об'ему простору взаемодп було досягнуто шляхом використання просторово-розвинутих структур 1 просторово неоднорадних статичних пол1в: багаторядних I багатоповерхових уповшьнювальних систем, багатопроменевих систем, широких похилих пучюв (клшотрони) 1 багатократних прольот!в електрошв уздовж уповильнювально! системи. На цш ocнoвi були створеш ЛЗХ, яга перекривають практично весь МСМ д1апазон хвиль. Тому природним е перех!д до просторового розвитку облает! взаемоди електронного потоку (ЕП) з НВЧ полями в приладах дифракцшно! елекгрошки. Так, наприклад, шляхом створення негативного електростатичного потенщалу на виход1 з

простору взаемоди забезпечуеться багаторазовий рух електрошв у ВР ВГДВ. У ГДВ з магштною неоднорадшстю (ГДВ-МН) просторовий розвиток обласп взаемоди досягаеться створенням локальних неоднорщностей магштостатичного поля над дифракщйною граткою.

Наявшсть у приладах дифракцшно! електрошки об'емних хвиль, що збуджуються у ВР дифракцшним випромшюванням, перешкоджае використанню багатоповерхових i багаторядних уповшьшовальних структур, ям успшно застосовувалися в ЛЗХ. Тому при виршенш цього питания знадобилися hobi шдходи, яи було запропоновано i реал1зовано у вигляд1 р1зних модифнсацш вщкритих слектродиналпчних систем з просторово-розвинутими структурами: зв'язаних ВР, вщкритих хвилевод1в (ВХ), а також пристро1в з метал од i ел с ктри чними структурами (МДС), на яких можлива реал1зацш дифракцшно-черенковсыдах мехашзм1в збудження хвиль. Не менш важливим е питания д¡агностики параметр1в ЕП у таких приладах, яю значною Miporo визначають ix вгоодш характеристики.

Однак, вщсутшсть загально! методологи доанджень при лад ¡в дйфракцшно! електрошки з просторово-розвинутими структурами утруднюе ix практичну реал1зацто. 3 ще! точки зору вивчення електронно-хвильових i хвильових процеав у елсктродинам!чних системах прилад!в дифракцшно!' електрошки з просторово-розвинутими структурами е важливим i актуальним.

Зв'шок роботи з науковими програмами, планами, темами. Матер1али дисертаци шдготовлеш за результатами роботи здобувача в IPE HAH Украши (1974-1987рр.) х в Сумському державному ушверситета (1987-2000рр.). Тематика роботи в1дпов!дае науковим програмам HAH Украши i Мшктерства ocbith i науки Украши: «Фундаментальш дослщження в област1 мшметрових i субм^нмстрових хвиль i використання ix результата у народному господарсга», «Перспективш шформацшш технологи, прилади комплексно} автоматизации системи зв'язку», «Взаемод1я електромагштного випромшговання i потсшв заряджених частинок 13 речовинами». Основн1 результата роботи, отримаш теля 1987р., ввшшли до

звтв про НДР, безпосередшм кер!вником яких був здобувач: «Досладження систем формування протяжних електронних пучгав малого д1аметра» (№ держреестраци 01.89.0019600, 1990р.); «Досладження радшдЬпшх ефеетлв в електровакуумних приладах О-типу» (№ держреестраци 01.93.U007384, 1993р.); «Дослщження ф^зичних приицишв трансформаци поверхневих хвиль в об'емш i створення на Ix ochobI нових тишв широкофункцюнальних НВЧ пристрош для систем переда1« шформацп» (№ держреестраци 01.94.U009732, 1996р.); «Дослщження pafliauiÜHHx ефекпв при збудженш вщкритих металод1електричних структур електронним потоком» (j\b держреестраци 01.97.U016605, 1999р.). Деям результата, отрнмаш до 1987р., ввшшли до звтв про НДР IPE HAH Украши, безпосередшм виконавцем яких був здобувач: «Теоретичне та експериментальне дослщження ф1зичних пропсов, вщповщальних за tohicv струетуру електромагштного випромшювання генераторов О- i М-тишв МСМ д1апазошв хвиль» (№ держреестраци 76020089, 1980р.); «Розробка i достижения джерел коливань МСМ д1апазошв i3 пщвищеними ККД. потужшстю i функцюнальними можливостями» (№ держреестраци 81085236, 1983р.); «Теоретичне та експериментальне дослщження розЫювання електромагштних хвиль перешкодами i розробка ефективних пристро'1'в МСМ д1апазошв хвиль» (№ держреестраци 8101422,88, 1983р.); «Дослщження фундаментальних проблем дифракци i дифракцшно! електрошки з метою розробки елементно! бази i радюсистсм МСМ д1апазошв» (№ держреестраци 01.84.0053359, 1987р.).

Мета i задач! дослщження. Метою цього дослщження е встановлення загальних ф1зичних закономерностей хвильових процеЫв в електродинам^чних системах прилад1в дифракцшно1 електрошки з просторово-розвинутими структурами i розроблення на цш основ! практичних рекомендацш щодо реагпзацп такого класу пристрош.

Вщповщно до цього в poöori вирйнеш тага основн1 задач!: » Проведено чисельне та експериментальне моделювання хвильових процеав при збудженш просторових гармошк

дифракцшного 1 черенковсысого вилром! шоблн ь у перюдичних металодюлектричних структурах 1 вщкритих. резонаторах з просторово-розвинутими структурами.

• Проведено експериментальне модеяювання та теоретичний анализ .. електронно-хвильових процеЫв у ввдкритому хвилеводи збуджуваному просторовими гармошками дифракцшного випромшювання.

» Виявлеш нов! особливосп мехашзм1в збудження коливань в приладах дифракцшно! електрошки з просторово неоднорщними статичними полями: вщбивних ГДВ 1 генераторах з магштостатичною кеоднорщшстю поля.

• Розвинуто методи та засоби д1агностики парамстр1в електронних пучив приладив дифракцшно1 електронпси.

• Запропоноваш практичш схеми приладив дифракцшно1 електрошки з просторово-розвкнутими структурами, та проведена оцшка можливос-тт 1'х рсал1зацн ! перспектив розвитку.

Наукова новизна одержаних результатов. У дисерташйнш робот1 розвинено 1 узагальнено досладження електронно-хвильових 1 хвильових процеав у електродинам1чних системах приладив дифракцШно! електрошки з просторозс-ро.'втаугимя структурами 1 просторово неоднорщниыи статичними полями. При цьому отримаш таи нов! результата.

1. Вперше встановлено загальш законом^рност! хвильових процеав при збудженш черенковсысого 1 дифракцшного випромшювань нерелятивютським електронким потоком на перюдичних металод1електричних структурах. Показана можливють ефективного керуванш спектром коливань у вгдкритих резонаторах прилад1в дифракцшяо! електрошки при використанш такого типу п рс сто р о а о-р озв инути х структур..

2. Доведено, що просторово-розвинуп структура на основ! зв'язаних вщкритих резонаторов можуть бути використаш для розширення смуги генерованих частот приладш дифракцгано!' електрошки. При цьому вперше встановлено, що максимальна смута пропускания такоУ сисгеми досягасться при сполучекк;

двох В1дкритих резонаторов через стр1чков! дифракцшш гратки.

3. Запропоновано л ¡нишу самоузгоджену теор1ю електронно-хвильових процеав у приладах дифракцшно* електронйш з просторово-розвинутими структурами хвилеводного типу. Виерше експериментально доведена можливють широкосмугового лщсилення електромагштних хвиль у таких системах.

4. У план! подальшого розвитку приладхв дифракцшно! eлeктpoнiки з просторово неоднорщними статичними полями вперше визначено рамки застосування лшшно! та нелЫйноГ теоргй, як! списукугь мехашзми збудження коливань в слсктродинам1чних системах ВГДВ * ГДВ-МН. Показана можливють практично! реал1зацп на баз1 таких пристро!в гетеродинних джерел випромшювання МСМ хвиль.

5. Обгрунтована можливкть ефективного використання перех'дного 1 дифракщйного випромшювань для дiarнocтики параметр1в електронних пучюв. а також черенковського i дифракцшно-черенковського випромшювань для оргашзацй нових мехашзмт енергообмшу електрошв з електромагштними полями в приладах дифракцшно'! електрошки.

Суку и ш сть переллчених вище результате е основою нового ршення важливоУ науково! лроблеми вакуумно! електронжи -физики хвильових процест у приладах дифракцшно! електрошки з просторово-розвинутими структурами.

Практичне значения одержаних результате. Результата чисельного аналпу та експериментального моделювання хвильових процесхв у приладах дифракцшно! електрошки з МДС дозволяють дати практичш рекомендацй щодо реалкзаци черенковських 1 дифракцшно-черенковських генератор1в; а також селективних пристрох'в МСМ д^апазошв хвиль. Лшшна самоузгоджена теорк хвильових процес!в при збудженш дифракщйного випромтювання у вщкритому хвилеводх, а також результата експериментальних дослхджень таких систем е основою для побудови нслшшноУ теорн 1 створення нового типу

шдсилювач1в МСМ хвиль. Результата дослдакень прилад1з з неоднорвдними статичними полями набули застосування в IPE HAH Украши (м. Харкав) при розробленш джерел випромшювання мшметрового диапазону хвиль, а метод д1агаостики ажлально-симетричних електронних пучкш за перехщним випромшюванням був впроваджений у СКБ при ВО "Прапор" (м.Полтава). Результата дисертащйно! робота Еикористовуються також при оргашзацй спещальнпх навчальних KypciB для студентов i мапстрштв спещальносп «ф1зична i бюмедична слектрошка» i е складовою частиною звтв госпдогов1рних i держбюджетних НДР, виконаних у СумДУ i IPE HAH Украши.

Особистий внесок здобувача. У дисертацшнш pcöori обгрунтовано та узагальнено дослщження в облает! днфракщшюГ електронши, яга проводилися протягом багатьох розсв чк самостшно автором, так i у ствавторсть! з колесами та Частина poöix перюду 1974-1987рр. виконувэлася и IPf: МАЯ Украши шд кер1вництвом В.П. Шестопалова та O.I. Цьика. разом i3 I.M. Балаклицышм, Ю.В.Майстренком та А.В.Нестеренком. Автор брав участь у постановщ задач, проведенш та анал131 експериментаяьних досладжень, написанш наукових. праць i заявок на винаходи. 3 1988р. здобувач був шщатором б1льпгост1 епшьних pooiT, виконаних як з вченими !з IPE HAH Украши i ХДУ: . €.В. Бшоусовим, В.Г. Коржом, 0.1. Цвиком, A.B. Нестеренком, 0.0. Шматьком, так i з ствробпниками СумДУ, науковим KepiBHHKOM яких вш е: К.О. ГТушкарьовим, A.I. Рубаном, Д.А. Нагорним. О.С. Кривдем. Ф1зичш 1деТ га техшчш ртаення, методи '¿х дослщження, наукеш висновки i положения, яш виносяться на захист, належать особисто автору. Пщ кер1вництвом автора за даним науковим направлениям подготовлен! та захищеш дв1 кандидатсьга дисертацн.

Апробация результатов дисертацй проводилася на нацюнальних i м1жнародних ее мнарах. конференциях i симпоз1умах, таких як: 5-та, 6-та, 8-ма зимов! школи - семшари з електронши НВЧ i радкфзищ (Саратов - 1981, 1983, i987pp.); 2-й, 3-й i 4-й Всесоюзш симпозиум« з пиганъ мм i субмм хвиль

(Харив 1978р., Горький - 1880р., Харм'в - 1984р.); 9-а i 10-а Всесогозш конференцп" з слектрошки НВЧ (Кшв - 1979р., М1нськ

1983р.); науково-техшчна конференщя «Проблеми математичного моделювання i реал1зади радюелектронних систем НВЧ на об'емних щтегральних схемах» (Москва - 1987р.); Всесоюзна науково-техшчна нарада «Малошумш генератори НВЧ» (1ркутськ - 1991р.); М1>кнародний харювський симпоз1ум «Ф1зика i техшка мм i субмм хвиль» (Харюв - 1994р.); науково-техшчна конференция «Техшка i ф1зика електронних систем i пристрогв» (Суми - 1995р.); 3-тя М1жнародна науково-техшчна конференцк «Контроль i керування в техшчних системах» (Вшниця - 1985р.); Second International Conference MPSL (Суми -1996р.); 9-та Miжнapoднa кримська конференция «НВЧ техшка i телекомушкацшш технологи» (Севастополь - 1998р.); International Conference on High-Power Electromagnetic (Israel, Tel-Aviv - 1998p.); Third International Kharkov symposium «Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves» (Kharkov -1998p.); 2-й, 4-й Мджнародш форуми «Радюелектрошка i молодь у XXI CTopi44i» (Харюв - 1998р., 2000р.); II М1жнародний смакуловий симпо'31ум 1 'Фундаментальнi i прикладш проблеми сучасно! ф1зики'! (Терношль - 2000р.); mopinHi науково-техтчш конференщ! сшвробггниюв. виклaдaчiв i студенев СумДУ (Суми - 1988-2000рр.), науков] семшари вуиилу рад(оф13ики i вщцшення електрошки IPE НАН Украши.

Структура та обсяг дисертац!!. Дисертащя складаеться ¡з вступу, семи роздЫв, висновив i списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертаци 341 сторшка, у тому чиап 57 CTOpiHOK шюстрацш i таблиць, 24 сторшки використаних джерел ¡3 202 найменувань.

Публшаци. Результати дисертаци опублшовано в 34 статтях наукових журнализ i зб1рниив наукових праць, 13 авторських посвщченнях i 2 патентах, 5 препринтах, 34 материалах i тезах зазначених вище конференцш i симпоз!ум1в.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш даеться стисла характеристика дисертащйно! роботи. Обгрунтована актуальшсть вибраного напрямку дослщжень, коротко викладено стан анал1зованих проблем, сформульоваш мета 1 задач1 дослщжень,, визначена наукова новизна 1 практична значимость отриманих результата, перел!чею симпоз1уми 1 конференцй, на яких проводилася апробащя роботи.

У першому роздЫ розглянуто основш аспекта використання _ рад)ацшних ефекпв ЕП для геиерування 1 шдсилення МСМ хвиль. При цьому основна увага придшяеться черенковському, переходному 1 випромшюванню См1та-Парселла, яю ! сьогодш широко застосовуються в дифракцшнш електрошщ як з метою генерування електромагштних коливань, так ) для д1агностики ЕП, що використовуються в цих приладах. На основ1 огляду науково! л)тератури сформульовано проблему дослвдження хвильових процеав у пристроях дифракцшно! електрошки нового напрямку: прилад!в з просторово-розвинутими структурами i просторово неоднорадними статичними полями. Запропоновано структурну схему розвитку дифракщйно! електрошки, яка визначае чпсце дисертащйно! роботи в даному науковому напрямку (рис.1). Проведено класифшащю доагпджуваних об'аспв, основш з яких наведеш на рис.2, та визначеш основш задатп досладжень: процеав енергообмшу ЕП з дифрагованим на гратш електромагштним полем (рис.2а); вивчення енергетичних характеристик дифракцшного 1 черенковського випромшювань (ДЧВ) в системах дифракцшна гратка - Д1електричний шар (рис.2б); вивчення хвильових процеав у резонансних електродинам1чних системах з просторово-розвинутими структурами (рис.2в, г, д) \ у вщкритих хвилеводах (рис.2е); пор1вняльного аналгзу лшшних i нелшшних процеав збудження коливань у ВГДВ \ ГДВ-МН (рис.2ж, з); д1агностики статичних 1 динамгчних параметр!в ЕП у пристроях дифракщйно! електрошки; практично! реал1зацп пристро!в дифракцшно! електрошки з просторово-розвинутими

Рис.1. Структурна схема розвитку дифракцшнсм електронши.

Рис.2. Схеми слектродинам1чних систем i приладив, що досладжуються.

структурами. Проведено виб1р теоретичних метод1в дослщжень, яга засновано на розв'язанш класичних ртнянъ електрошки в наблнженш заданого струму, заданого поля та в самоузгодженш постановщ при анал!31 багаторазово! взаемоди електрошв з полем ВР I хвильових процеЫв у вадкритих хвилеводах. Обгрунтовано необх)днють застосування методу експериментального моделювання випромшювань шляхом замши ЕП дтелектричним хвилеводом (ДХ) при досшдженш нових модифпсацш пристро!в дифракшйио! електрошки з МДС. Проанал!зовано характерш режими збудження просторових гармошк ДЧВ. Описано ушверсальш експериментальш установки, призначеш для дослуження в мЫметровому д1апазош хвильових процеав у пристроях дифракцшног електрошки.

У другому роздьги теоретично та експериментально годтверджено загальш законом1рносп хвильових процесш у перюдичних металевнх / металод^електричних структурах -основних елементах приладт дифракцшно! електрошки. Анал1з процеЫв збудження ДВ електронним потоком, який взаемод1е з дифрагованим на гратш полем (рис.2а), обгрунтовуеться у наближенш заданого електромагштного поля ! мктить послщовне розв'язання трьох взаемозалсжних окремих задач: а) дифракцп електромагштюн хвшн на гратщ; б) взаемодй електронного потоку з дифрагованим полем (знаходження конвскцшного струму 1 потужност! взаемоди); в) збудження ДВ конвекцшним струм ом. У результат! теоретичного анагпзу та експериментальних досладжень визначено мехашзми електронно-хвильових процеав при збудженш дифракщйного випромшювання на перюдичних металевих структурах. Видшено ефекти посилення 1 поглинання потоком електрошв дифрагованого поля, показана можливють керування процесами випромшювання 1 еиергообмшу при змпп фази (кута) хвилк що падае на гратку.

Шляхом чисельного анализу, у наближенш заданого струму, 1 експериментального моделювання визначено загальш закономерности хвильових процешв у систем! натвнесшнченний д1електричний шар - стр1чкова дифракцшна гратка (рис.2б).

Чисельний аналЬ проведено на основ1 використання розв'язання в точнш математичнш постанови! задач 1 про збудження випромшювання монохроматичним ЕП, що рухаеться уздовж перюдично! МДС.

Експериментальна модель являла собою трикутну призму з характерними розм1рами порядку ЮЛ, (Л- довжина хвилг випромшювання), на бгчну грань якох наносилася стр1чкова ДГ, збуджувана планарним Д1електричнам хвилеводом з вщносного фазовою швидыстю хвил1 ¡Зе. Теоретичш залежносп енергетичних характеристик ДЧВ вщ вщносно! швидкосп електрошв Д, дослщжувалися в штервалг £ = 2-100 при piзниx параметрах ДГ, а експериментальне моделювання проводилося при дделектричних проникностях призм е = 2.05 (фторопласт) £■ = 10 (полшор). Встановлено, що при збудженш гармошк випромшювання визначальну роль у псрерозподш снергп мш< ними вщграе коефвдент заповнення стр1чково1 гратки и -со?,то!/! (с/- ширина стр1чок гратки, /- перюд гратки). В обласп вузьких стр1чок (и> 0) домшуючою е черенковська гармошка випромшювання з номером л = 0, а при переход! в область широких стр!чок (и < 0) штснсивност! гармошк з п - 0, -1, що випромгаюються у д1електрик, пор1вняш.

Отримано яюсну 1 юлыасну вщповщшсть результата тсорп та експерименту, яку при £ = 2.05 прошюстровано на рис.3. Це вказуюе на спшьшсть фiзичниx процешв збудження гармошк випромшювання в дгелектриках з малими \ великими значениями £, а також на адекватность моделей заданого струму \ заданого поля д^електричного хвилеводу для над1внесюнченного д1електричного середовища.

Експериментально промодельоваш умови збудження дифракцшно-черенковського випромшювання в МДС юнцево! товщини з поперечними розм1рами порядку ЮЛ . Побудовано хвильову модель тако! системи (рис.4), яка заснована на концепцп парщальних хвиль, 1 поданш МДС у вигляд! екранованого

Рис.3. Теоретичш (а) та експериментальш (б) залежност! вщноснсп потужностл гармонис випромшювання у дхелектрик: п- 0 (суцшьш лшн), п = ~ 1 (пунктир); 1- и — 0.5, 2- и = 0.3, 3- и = -0.5, 4- и = -0.85.

Рис.4. Хвильова модель ДЧВ на дшлсктричнш призлп юнцевих розм1р[в.

дво.\прного плоского хвилеводу, зв'язаного через пря\н та зворотш хвил1 з д1електричним хвилеводом (ДХ). Встановлено, що на енергетичш характеристики дифракцшно-черенковського випромшювання суттево впливають товщина А та д1електрична проникшсть е призми, яга визначають кшыасть Етй - 1 Нт{) -хвиль (т = 0, 1, 2,...), що подшрюються уздовж II подовжньо! осГ Мш^мальш перекручення д!аграм спрямованоеп черенковського 1 дифракцшного випромшювань спостсрналися при виконанш умови одномодовост! системи

2Д 2А _ 1

де № - критична довжина хвиль при т = 1.

Виходячи з дано1 умови, товщина призми МДС при е - 2.05 повинна задовольняти нергвтсть А < Л/4, а при £ = 10- Д < Я/12. В експеримешл для д1апазону частот / = 70-74 ГГц реал1защя першого вар!анта МДС не викликае великих утруднень, а другий вар!ант - проблематичний, через малу фгзичну товщину д!електрика. 1з зб!льшенням Л система стае багатомодового, що в област1 критичних частот приводить до посилення зв'язку з ДХ.

Встановлено, що при реал1зацн модел! черенковського випромшювання для д1електричних призм товщиною Д > Я можливе резонансне накопичення снергп в д!електрику з миимальним випромшюванням у навколишнш проспр. При реалгзацп на МДС модел! дифракщйно-черенковського випромшювання м!н!мальш перекручення д!аграм спрямованосп спостер!гаються при випромшюванш шд прямим кутом в одномодовому режим! збудження МДС, а максимальне перетворення енергн поверхнево! хвил1 в енерпю випромшювання досягаеться поблизу критичних частот МДС при параметрах системи, що виключають появу дифракци Брегга.

У третьому роздш1 наведено результата дослвджень електромаггатних ко ливань, що збуджуються просторовими гармошками ДЧВ як у найпроеиших системах - типу металод1електричний канал (МДК), так 1 в бшьш складних, виконаних на баз! ВР, резонансних електродинам1чних системах (рис.2в, г, д). На основ! чисельного анал1зу енергетичних характеристик у МДК { експериментального моделювання ДЧВ в зв'язаних ВР та резонаторах з МДС дано ф1зичне трактування отриманих результат!в ! вироблено рекомендаци для застосування таких систем у пристроях КВЧ. Встановлено, що енергетичш характеристики ДЧВ в металод1елекгричному канал! мають резонансш властивосп, яю залежать вщ електродинам!чних параметр1в системи. Показано, що збудження основно! (черенковсько!) гармошки в МДК пщвшцуе резонансн! властивост! дифракцшних гармон!к. Стосовно нульово! ! мшус псршо! гармонж в д!електрику випромшювання у вакуум -

протифазне, а стосовно шших гармошк (враховуючи 1 позитивш) - синфазне. 1з змшою коефщхента заповнення гратки загальш властивост! енергетичних характеристик гармошк випромшювання вадносно МДС без екрана збернаються. Експериментально встановлено, що для гapмoнiки, яка випромшюеться в канал, кр1м основних, з'являються додатков! резонанси, обумовлеш присутшстю вищих тишв коливань, збуджуваних у зазор 1 екран - стр1чкова ДГ. Вплив цих коливань на резонансш кpивi в д1електрику незначний. 1з пор1вняння теорн з експериментом (рис.5) випливае, що модель заданого струму для МДК дае лише яюсний опис енергетичних характеристик черенковсько! та дифракщйних гармошк випромшювання, осюльки не враховуе впливу вщбито! в!д екрана енергн на джерело випромшювання (ЕП або ДХ) 1 не описуе коливальних процешв у зазор 1 екран-ДГ.

Встановлено, що багатозв'язна система, яку виконано у вигляд1 вщкритого резонатора з МДС (рис.2г), мае ягасно нов1 електродинам!чш властивосп порхвняно з ВР без МДС: шляхом змши товщини д1електрика 1 значень £ можлива реал1защя режим1в загасання енергн у ВР, збшыиення амгантуди коливань та !хньо! добротносп, селекцй коливань. Виявлеш властивосп тако! системи знаходять пояснения в рамках фвично! модел1 дифракцшно-черенковського випромшювання для МДС кшцсво! товщини 1 вщомо! концепцп про подання резонансного поля у вигляд! кутового спектра плоских хвиль. Ц1 властивосп можуть бути використаш при побудов1 дифракцшио-чсрешсовсышх генераторш \ селективних пристроГв МСМ хвиль.

Для електродинам!чних систем з двома зв'язаними вщсритими резонаторами показано, що максимально! смуги пропускания можна досягти за рахунок оргашзацп зв'язку через стр!чков1 ДГ (рис.2д), при цьому смуга пропускания тако! системи в 5 раз!в бшыпа, шж при зв'язку поандовно вв1мкнених ВР через дифраговаш на дзеркалах поля. Тому з точки зору реал1защ! пристрош дифракщйно! електрошки на баз1 зв'язаних

'V^iiiffiB ' ^^n шах )

Рис.5. TeopeTHHHi (1) та експериментальш (2) залежностч Б1дносно1 потужносл гармонш випромшювання вщ вщсташ до екрана: а- п = -1 (вакуум); б- я = -1 (д^електрик); в-п = 0 .

резонаторов кращими е сиетеми 13 зв'язком через сщмчков! ДГ, яю забезпечують миимальш габарити пристрою уздовж ос1 електронного потоку.

У четвертому роздш1 запропоновано лшшну самоузгоджену теорпо взаемодн ЕП з полем перюдично! структури плоско-р1вноб1жного ВХ у режим! дифракцшного випромшювання. Отримано 1 проашинзовано дисперсшне р!вняння системи, а також експериментально промодсльоваш хвильов1 процеси у вшкритих хвилеводах з плоскою { цилшдричною геометр ¡ею дзеркал. Показана можливють шдсилення хвиль у таких системах.

Розв'язання електродинам1чно1 задач! проводиться методом часткових областей. Поле в кожнш облает! визначаеться виходячи ¡3 системи р1внянь Максвелла 1 необхудаих граничних умов. Враховуючи вимоги до безпсрервностл компонент поля на межах областей, отримано самоузгоджену систему р1внянь, яка дозволяе визначити дисперсшне р1вняння, що описуе власш режими системи "гребшка" - пучок - екран (рис.2.е). У припущенш мало! густини просторового заряду ЕП I максимально! взаемодн електрошв пучка з повшьною хвилею перюдично!' структури розв'язання дисперсшного р1вняння можна подати у виглядг //[(я*) = /-!0(к) . де Ма(к) ~ власне хвильове число

"гребшки"; б/л(к)~ хвильове число системи з ЕП (¡&/|«|//0| );

к-кИтт", к-бо/с\ со- частота випромшювання ЕП; с — швидисть свила.

Пюля розкладання вихщного р!вняння в ряд Тейлора за степенями д/л (членами розкладання з степенями вище першо!' нехтуемо) отримано модифпсоване дисперсшне р1вняння у вигляд! полшому третього степеня, розв'язання якого для дшено! I уявно! складових 5ц подано на рис.6. Тут же зображено вщр1зки ппербол, яи вщповадають хвильовим числам швидко! 1 повшьно! хвиль просторового заряду (ХПЗ) 1 хвил1, фазова швидисть яко! дор1Внюе швндкосп електронного потоку (в1дпов!дно ¡лщхпз, ; -Мпхпз та е ■ Встановлено, що в режим!

Рис.6. Кореш диоперсшного р1вняння залежно вщ вщносно! швидкосп електрошв Д, в режим! дифракцшного випромiнювання.

тдсилення е: хвиля, близька до швидко! хвилц I хвшн, обумовлеш хвильовими числами з дшсними частиками, близькими до ЦПхпз - ' 3 спряженими уявними добавками, одна з яких 31 знаком вщповщае експоненщально наростаючш уздовж ос! ВХ об'емнш хвша, ¡нша - спаднш. При цьому юнуе дискретний наб1р хвиль, що поширюються у ВХ, число яких залежить вщ товщини пучка \ частоти. Показано, що, змшюючи вщстань Н м1ж екраном 1 перюдичною структурою, можна змшювати ампл!туду хвил! у ВХ. Максимальш значения \\тд/л\ спостер¡гаються при резонансних вщстанях мж дзеркалами ВХ. Проведено оцшку значень коефщютв шдсилення { ККД дocлiджyвaнoi системи, котр1 за порядком величини характерн1 для пристрой типу ГДВ.

У результат! експерименталыюго моделювання поля ЕП полем ДХ показано, що електродиналпчна система шдсилювача на баз[ плоско-р1вноб1жного ВХ мае резонансш властивосп. 1з змшою вщсташ екран - ДГ резонанси у ВХ знаходяться на вщстанях кратних Я? /2 (Я^ - довжина хвил1 у хвилеводО, при

цьому спостерпаегься максимальне накопичення енергн в хвилевод^ що як!сно шдтвсрджуе результата теоретичного анал1зу. Поле уздовж оа плоско-р1вноб1жного ВХ мае вигляд стоячо! хвил! з р1вном1рним розподитом амплггуди на 2/3 його довжини, що свщчить про можливють ефективного вщбору енерп! в!д ЕП в такш систем!. Встановлено, що шляхом застосування у ВХ дзеркал ¿з фазовою корекщсю (цилшдрично! геомстри), при вщловщному вибор1 параметр1в системи, може бути реал1зовано режим б1жучо! хвшп ¡з задании амшптудним розподшом поля. Для тако! системи методом хвильового моделювання процоав штерференцп двох когерентних джерсл випромшювання типу ДГ-ДХ показана можливють керування взаемод1ею ближшх пол1в у ВХ шляхом змши кута випромшювання 1 фази одного ;з НВЧ пол ¡в. Експериментально визначено режими збудження ВХ при трансформаци поверхневого поля ЕП в об'емш хвил1 ДВ { встановлено можливють видшення иовшьно! 1 швидко! ХПЗ шляхом

перетворення !х випромиповання в поверхнев! хвил1 ДХ, розташованого уздовж ДГ, що свцщить про можливють гадсилення електромагштних хвиль в такш систем!.

У п'ятому роздий узагальнено ! систематизовано отримаш авторам скс п ер и ментальн 1 результати дослщжень енергетичних, частотних I спектралышх характеристик ГДВ з однорщними статичними полями, як! е базовими для визначення особливостей механтпв збуджеиня коливань в приладах дифракцшно! електрон!ки з просторово неоднорщними полями. У план! подальшого розвитку ВГДВ проанал!зовано нел!н!йн! стацюнарш процеси збудження коливань в такому приладь встановлена (х кореляцш з початковою стад ¡ею збудження коливань. Для ГДВ-МН проведен! наблшсений теоретичний анал!з та скспсримснталып дослщження умов збудження коливань у ВР ! сформульоваш рекомендащ! для проектування таких пристрош.

Для прольотного ГДВ показано, що при однохвильовому ! одночастотному збудженш коливань довгохвильова область зон генераци за прискорюв;шьною напругою збуджуеться в м'якому режим!, а короткохвильова - у жорсткому режим! з виявом електронного пстерезюу за потужн!стю. Винятком можуть б%ти вищ! типи коливань, для яких посилюеться проявления пстерезюних ефект!в. Сгущения спектра коливань резонатора призводить до виникнення пстерезюу типу контурного, що супроводжуеться явищами затягування частота \ зменшення ширини спектрально! лшп сигнал!в генераци. При збудженш у ВР ¡мпульЫв дифракц!йного випром!нювання в зонах генераци одночастотних режтйв з'являються облает! з малою крутизною електронно! перебудови частота, де яюсть спектра ВЧ-коливань значно полшшуеться. В цшому встановлено, що ширина спектрально! лшп коливань ГДВ в 2-4 рази менша, а ампл!тудн! ! частота! флуктуацн вщповвдно на (5-8) ! (12-15) дБ нижч!, шж в ЛЗХ.

При оцшюванш ступеня впливу багаторазових прольот!в електрон!в на стартов! характеристики ВГДВ (рис.2.ж) використано результати теоретичного анал!зу, отриман! в наближенш заданого струму шляхом розв'язання екв!валентно!

зaдaчi збуджент: послщовно сполучених «-"'парщальних" прольотних ГДВ, що в1др1зшпоться фазами (часом) прольоту електрошв у гальмувальних статичних полях вщбивача та електронно! пушки. Heлiнiйний анал13 проведено на основ! самоузгоджено! системи стащонарних ршнянь, яка при проведенш чисельних розрахунив методом великих частинок перетворюеться в систем}' звичайних диференщальних р1внянь, що дозволяе визначити основш штегральш х ара] ггери сти к и ВГДВ. На основ! траекторного ана.шзу фази прольоту електрошв ) гармошчного складу конвекцшного струму проанал!зовано процеси eнepгooбмiнy електрошв з полем ВР у ВГДВ I його вщмшш риси вщ процеав у ПГДВ. Для дворазового прольоту електрошв проведено пор1вняльний анал1з енергетичних, частотних 1 пускових характеристик ВГДВ, як! отримано в результат розв'язання лшшно! 1 нелшшно'1 задач, а також експериментально. 3 огляду на проведений ан&шз 1 результата експериментальних дослщжень ВГДВ з багаторазовим прольотом електрошв встановлено, що нелшишого стацюнарною теор1ею доцшьно користуватмся при дворазовому про ль от 1 електронами простору взаемодн, коли робо'п струми приладу пор1внянш з1 струмами ПГДВ. 1з зб1льшенням илькоси прольоив електрошв за рахунок ютотного зниження пускових 1 робочих струм1в генератора (зменшення ступеня впливу просторового заряду) достатньо в1рогщш 1 наочш результата дае лшшна теория.

Для ГДВ-МН проведено анал1з впливу локально! неоднорщносп магштостатичного фокусувального поля на ефектившсть електронно-хвильово'1 взаемодп в приладг Неоднорщнють поля реал1зовано шляхом розмщення феромагштного стержня в дифракцшнш гратщ (рис.2з). Знайдеш основш характеристик тако! неоднорщносп. Встановлено, що вихщш параметри ГДВ-МН полшшуються за певних умов розташування. феромагштного стержня вщносно плями НВЧ поля на дифракцшнш гранд: стержень необхщно розм!стити з боку

колектора, при цьому для заданого радиуса г стержня ьснус визначена вщстань мок поверхнями гратки 1 стержня, при якш пусковий струм генератора суттево ¡стотно зменшуеться. Впхщною потужшстю. крутизною електронно! перебудови частоти 1 шириною спектрал ьно! лшн сигна;пв генерацп ГДВ-МН можна керувати шляхом прсфиповашгя локально! неоднор!дност! поля. Експериментально показана хможливють зменшення пускового струму ! р!вня фокусувального магкггного поля пор1вняно з прольотним ГДВ у два рази. Мгш значения пускових струмтв ВГДВ ! ГДВ-МН при збергганш достатньо високих р^внхв вих:дно1 потужносл (що значно иереважають ршш пэтужност! вщбивних клютрошв), а також хороша ягасть спектра I низький ршень амплпудних 1 частотних флуктуацш сигнал!в генерацп дозволяють зробити висновок про дощльшсть використання цього типу пристро!в дифракцшно! електронжи як гетеродинних джерел коливань МСМ дцгпазошв хвиль. Дании висновок шдтверджусться макетного реашзащею ВГДВ з дворазовим прольотсм електрошв 1 ГДВ-МН у мшметровому д!апазош хвиль (роздш 7).

У шостому розд|'л1 запропоноваш ушверсальи методи внлнрговання статичних 1 динам^чних параметр!в стр!чкових 1 акаально-симетричних ЕД як! засноваш на анал!з) переходного випромшювання електрошв з металево! мнлеш та дмфракщ иного випромшювання, що збуджуеться ХПЗ. Описан! експсриментальш установки, на яких реализован! даш методики, та наведен! результата доошджень статичтх ! динам!чних характеристик ЕП, яю мають практичний штерес п!д час розробки ирилад!в дифракцшноГ елсктрошки. Новизна запропонованих мстод!в ! установок захищена авторськими посв!дченнями на винаходи 1 патентами.

Проведено ана.тпз властивостей перех!дного випромшювання, як! складають основу запропонованого ун!версального способу вим1рювання статичних параметр!в ЕП прилад!в МСМ хвиль, схема якого наведена на рис.7.

Електронний пучок 1 оормусться пушкою 2, встановленою так, щоб бупо можливим И кутове перемщення в!дносно

—

в

--1 6

1

Рис.7. Схема зимфювань статичних параметр1в електронних пучив.

ялсшцши рухливо! м1шеш 3. Значення кута а визначаеться з умови с: =агс81п(1./У<), дс Ь - довжина робочог ловерхш минет;

Е- характеряий розхнр пучка у г:ерер!з1. Для заданого режиму роботн пз'шки рухлива мидень встановлюеться у вихщне положения, яке обумовлене ршшстю струм ¡в на мгшенях 3, 4, що се^дчить про розташування нижныл меж! мшет 3 на ос! пучка. Встановлюючи рухлнву мшень для заданих перер ¡з1в ЕП, проводя гь рсестрацно оптичного випромшювання, що виводиться через сглядове вп:но 5 1 оптичну систему 6 на приймач випромшювання 7. ГЗаралельно проводиться реестращя струшв на обох мпиенях вим1рювачами 8 \ 9. При використанш, наприклад, фотокамери для реестрацп випромшювання, зображення слщу евтння пучка фжсуетъся на фотогоивщ та оброблюегься за ранилс апробованими методиками.

Запроионовага методи втпрювання дикам1чних параметр1в ЕП засноваш на електронно-хвильовому уявлевш процещв, яьт

вщбуваються в електровакуумннх приладах НВЧ, що вказуе на збуджсння в обмежених ЕП нескшченно1 иосхпдовносп хвиль густнни просторового заряду, яш поширююгься 3 pi3HHMH фазовими швидкостями. Наибольший ¡нтерес викликае пара хвиль

нижчого порядку з фазовими швидкостями = ve /'(1 ± OJq /со). де

coq - Ra>p - ефективна плазмова частота; R - коефицент

редукцп; о - власна плазмова частота необмеженого ЕП.

Якщо попередньо модульований ЕП рухаеться ноблизу ДГ, то ртшця у фазових швидкостях ХПЗ приззодить до ефекту розщеплення д1аграми спрямованосп ДВ. У цьому випадку максимальна ефектившсть ДВ повшько) i швидко! ХПЗ

спрямована шд р'гзними кул ами величина яких задежить рлд параметр1в ЕП. Якщо припустили, що кути у* BiaoMi (втлряш

експериментально), то (oq ~ ~оф0 (cos у* - cos R-coq¡юр .

Метод е ефективним для визначення динам ¡мних характеристик плоского, цилшдричного та ¿нших ЕП, що рухаються поблизу р"1зпих вид1в перюдичних структур, як1 використовуються в приладах НВЧ О-типу.

Запропоновано способ д1агяостики слектронного потоку, заснований на встановлених рашше в роздш 2 особливостях процесш енергообмшу елаггрошв з дифрагованим на ДГ полем (модель ГДВ). Так, якщо для реального потоку електрошв встановити прискорювальною напругою швидшсть ие=Уф, то

при заданш густиш струму /0 ПХПЗ i ШХПЗ збуджують ДВ в напрямках cosy~ = c/v^+пл/1. ПХПЗ можна ввести в

оптнмальний синхрошзм з поверхкевою дифракщйною гармошкою шляхом збшыиення шипдкоеп електрошв. Аналопчну процедуру можна зробнт для ШХПЗ шляхом зменшення швидкостт електрошв. Тод! для. фазовкх швидкостей

ПХГ13 1 ШХПЗ одержуемо: =

"/^0 ^ ^ де напруги, вщповщш до

синхролних з ХПЗ швидкостей електронт.

Скориставшись значениями Оф, легко визначити шхи! динам1чн! параметри електронкого потоку, зокрема редуковаш плазмов] частота , коефгшенти редукцй Я±=Я±Я

(Н - динамична поправка до статично} частини II коефппента редукцй), онти,малый параметри рэзсиихрошзму (), вщносний кут прольоту електрошв ПХПЗ (Фц) 1 ШХПЗ хвилъов!

числа електронних ХПЗ (А±=й.уЧ^). Таким чином, Еим;рюючи

залежносп ¡нтснсивносгп випром! нювання вед прискорювально! напруги при р!зних значения* струму 1 визначаючи за

отриыашши графиками значения У0, и^ , знаходимо динам1чш параметри ЕП, який взаемод!е з дифрагованим НВЧ полем.

На основ! схеми ви\пр1в ркс.7 розроблено I реал!зовано анал!затор електронного пучка з зерхньою межею реестрацп за питомою пoтyжнicтю до 103кВт/с\'Г. Спошб втйрювання статичних параметр!в ЕП апробовано при реестрацн фотометодом розподЫв густини струму стр!чкових ! акаально-симетричних пучгав, що використовуються в прнладах типу ЛЗХ, ЛБХ ! ГДВ, а також шляхом траекторного аналпу руху електрон!в. При цьому встанозлено, що неоднорщносп в розподш! густини струму для аксиально-симетричних ЕП виянляються меншими, шж для стрккОБИх пучклв, що вказуе на перспсктившсть 1х використання у прнладах дкфракщйно1 електрон: ки.

Запропоиован! способи вн.чпр ованш: динам!чних параметр ЕП реал1зоваш на експеркментальних установках у сантиметровому та мшметров эму д!апазонах хвиль, шо дозволило довести достов1рн!сть отриманих результата шляхом пор!вняння з вщомимп вимфами за класичшгми методами, а

також видшити особливоеп динам1чних характеристик ЕП прилад1в дифракцшно! електрошки шдносно ЛЗХ ! ЛБХ. Показано, що способ ви значения дшшнчних параметр ¡в попередньо модульованого ЕП за анал1зом ддаграм спрямованосп ДВ дозволяе приблизно в два рази гидвищити -гочшсть I роздшьну спроможшсть вим1р1в. Основга результата досладжень динам1чних характеристик електронного потоку, модульованого полем мшметрових хвиль, щэ падае на гратку, наведено на рис.8. Залсжносп фазових швидкостей ПХПЗ 1 ШХПЗ вщ струму пучка у загальному випадку повод тгься як [ в довгохвильовш обласп НВЧ д1апазону. Однак при внзначених значениях густини струму монотоншсть цих залежностей може порушуватися, що пов'язано з проявом дуже нелтшнкх процесш в потощ електрошв. Залежносп коеф!щент!в редукцн при змии густини струму вщр1зняються вщ статично! гого частини на динам^чну поправку. Це призводить до р1зних значень К для ПХПЗ \ ШХПЗ. 1з збшыненням густини струму коефвденти редукцн зменшуються, а динам!чна поправка за абсолютною величиною наростае, при цьому ¡снуе оптимальне значения густини струму, за яким коефвденти К набувають мнймальних значень.

У сьомому роздш1 запропоновано комплекс техшчних р1шень для практично! реал1заип пристро!в дифракцшно! елегстрошки з просторово-розвинутими структурами 1 просторово неоднорщними статичними полями, ящ на основ! проведених у робот! досл!джень частково реал!зован! в макетному виконанш, або можуть бути побудоваш на баз! юнуючих технолог!й. Шляхом пор!вняльного анашзу характеристик запропонованих пристро!в з вщомими пргладами визначено перспективи !х застосування в МСМ д!алазонах хвиль { нам1чено шляхи подальшого розвитку пристро!в дифракц!йно! електрошки цього класу.

Окремою групою видшеш однорезонаторн! ГДВ з просторово неоднорщними полями ! просторово-розвинутими структурами. Запропоновано ! реал!зовано у макетному виконанш ВГДВ з дворазовим прольотом електрошв, у якому можлива

и ¿/и.

1.012 г 1.010 [■ 1.008 ^ 1.030'Г

0.934 0.992 0.990 1 0.938 1

ШХПЗ !

\ ПХПЗ

0.7

>

■ \./Л" 0.6 I

; \ 0.5 1

0

-0.01 -0 02

X

4 6 8 10 12 1,А/ СМ2

А '

I

8 12 14 („А/СМ2

С ГГц

0,9! !/р

0.8

0.7'

о.е

0.6

й

/

Уя

1к

%

у Ф:

V

-0.02-» ' -0.015

1-0.01,-'

I

О ;

) 1

¡--0.01 • ■Я г-0.015 -0.02 •

■2ж |

Ь- 1/см

1158

1156

1154

ф; /152

4 8 12 14 I,А/ем2 4 8 12 14 /„А/см2

Рис. 8. Експериментальш залежное™ дннашчних параметров електронногс потоку, який взаемодде з дифрагованим полем.

ефективна модулящя вихщних сигнал1в за напругою вщбивача, зменшення в 5-6 разхв пускових струлпв, при збер1ганш стаб1льност1 частота 1 р^вня цулпв, характерних для прольотного ГДВ. Показано, що такий прилад за сво1ми параметрами значно перевершуе вщбивш клютронл МСМ хвиль. Позитивний ефект в ВГДВ досягаеться шляхом використання спец;алыго! конф!гураци ДГ 1 неоднор1дност1 електростатичного поля в областл вщбивача. Реализовано високоефективне джерело когерентного випромшювання 4-мшметроЕ ого д1апазону хвиль ¡з гращентно-магштостатичною неоднорщшстго фокусувального поля (ГДВ-МН), що пор1вняно з прольотним ГДВ 1 ЛЗХ мае зменшеш в 1.5-2 рази значения пускових струм ¡в \ фокусувальних магн п них пол1в, при р1вш в их! дно! потужност! до 10 Вт. ГДВ-МП мае також високу стшюсть до роз'юстування ЕП вщносно област1 взаемодп1 магштного фокусувального поля, що шдвищуе його експлуатацшш характеристики. У цьому випадку позитивний ефект досягаеться шляхом завдання конфнурапй' магштного поля в об.таст! простору взаемодп. Експериментально показана можливють забезпечення посгшност! р!вня вих!дно! потужносп (порядку 5 Вт) у 5% смуз1 комбшовано! перебудови частоти однорезонаторного ГДВ прл иросторовому розвигку ДГ за глибиною щшш. Проведена оцшка можливосп реал!зацп ГДВ з багатопромжевою електронно-оптичною системою 1 просторово-розвинутою геометр1ею дзеркал елштично! котЫгурацн.

Наведено р!зт вар!анги побудови ГДВ на зв'язаних вщкритих резонаторах. Для двокаскадного ГДВ експериментально показана можливють збшьшення у 1.5 рази дктазону електронно! перебудови частоти в режим! генераци та смуги пропускания сигналов у режим! регенеративного шдсилення поршняно з однокаскадним ГДВ. Проанал1зовано вар1анти побудови ГДВ при паралельному вмиканн! ВР !з зв'язком через дифракцшш гратки, Можливють реаллзац» таких систем експериментально л оказана на макет! 13 зв'язаними вщкритим та об'емним резонаторами. Встановлено можливють коригування в широких межах АЧХ ГДВ шляхом мехашчно! перебудови об'емного резонатора при перепад! ршня вихщнох

потужноеп, що не перевищуе ЗдБ, [ загальному р!вш потужноеп пор яд к}' 20 Вт. Позитивний ефект в такому пристро'х досягаеться шляхом застосування для зв'язку щшин двох симетричних (щодо осьово! площини ВР) вщбивних ДГ.

Проведено ощнку можливост.. реал1зацп в МСМ д1апазош хвиль принципово нових джерел ксливань, в яких для збшыиення об'ему облает! взаемодп використовуються режими черенковського 1 дифракцшно-чере;нковського випромшювань на перюдичних МДС. Показано, що запропоноваш модифнсаци дифракцшно~черенковських генератор ¡в 1 черенковських генератор!« типу ЛЗХ можуть бути побудоваш на основ; кнуючих технологш виробнидтвг, електровакуумних пристрох'в МСМ ддапазону хвиль.

Створено 1 дослцркено макет нового класу широкосмугового шдсилювача - ЛБХ на ефект! дифракцшного випромшювання, особдивютго яксго е використання вщкритих просторово-розвинутих структур хьилеводного типу. Експериментально показано принципов)' можливгсть тдсилення електромагштних хвиль 4-мшметрового д1апазону у смуз1 частот, що перевищуе 1 ГГц. 3 метою збшьшсння довжини простору взаемодп 1 струмопрокодження ЕП в такш систем! вказано на дошльшсть використання акаально-симетричних електродинам1чних фокусувальних 1 електронно-оптичних систем.

Визначено перспективи подальшого розвитку прилад1в дифракшйно! електрошки з просторово-розвинутими структурами. Встановлено, що на баз! р13иомаштних тига'в просторово-розвинутнх структур можуть б}ти створеш прилади дифракщйно! електрошки, яга за своши параметрами у МСМ дшпахшах хвиль перевершують "класичнГ ГДВ, ЛЗХ, ЛБХ 1 ШдбиБШ клютрони.

ВИСНОВКИ

У дисертацшшй робот! розвипуп та узагальнеш теоретичн! \ експериментальш дослщження хзильових процеЫв у приладах дифракцшно! електрошки з просторово-розвинутими

структурами, що е основою для побудови джерел коливань МСМ хвиль з полшшеними вихщними характеристиками 1 розширеними фу н кц! она л ь ними можливостями.

1. Показано, що прилади дифракцшно!' електроннш з просторово-обмеженими структурами 1 просторово однорщними статичними полями за сзоши вихщними параметрами не задовольняють сучасним влмогам до джерел коливань при використанш !х в апаратуо! МСМ хвиль 1 техшщ фкзичного експерименту. У зв'язку з цим для збшьшення об'ему облает! взаемоди електронного потоку з полями вщкритих електродинамлчних систем приладив дифракщино! елсктрон1ки запропоновано вшсористовувати лросторово-розвинуп структури у р!зноман!тних модифнсашях.

2. Обгрунтовано виб1р теоретичних ! експериментальних метод!в дослщжень, заснованих на розв'язанш класичних р1внянь електроннш та експериментального моделювання хвильових процессе як електронним потоком, так 1 планарним д!електричним хвилеводом. Розроблено \ створено ушвсрсалып експериментальш установки, яга враховують специфшу дослщжень прялад1в дифракщйно!' електрошки з просторово-розвинутими структурами.

3. Визначеш мехашзми електронно-хвильових процеав при збудженш ДВ на перюдичних металевих структурах. Визначеш ефекти тдеилення 1 поглинання потоком електрошв дифрагованого поля, показана можливють керування процесами випромшювангя 1 енергообмшу шляхом змши фази (кута) хвилк що падае на гратку.

4. Шляхом чисельного аншпзу, у наближенш заданого струму, \ експериментального меделювання визначено загальн! закономфност! хвильових процеЫв при збудженш просторових гармошк Д^^ГВ у систем! нашвнескшченний д1електричний шар - стрккова ДГ. Показано, що визначальну роль у перерозподш енергн М1ж гармон!ками черенковського 2 дифракщйного випромшювань вшграе коефвдент заповнення стрлчково! гратки. Для експериментальних моделей ДЧВ отримано якюний 1 юльюший зб!г теорп та експерименту, що

вказуе на адекватность моделей заданого струму ЕП 1 заданого поля Д1електрнчного хвилеводу для иапшнескшчснного дюлектричного середовища.

5. Запропоновано модель, що описуе мехашз.ми збудження ДЧВ для д1електршав ганцево! товщнни, яка заснована на аналог!'! формування хвиль в обмеженш за розмфом МДС ! плоскому екранованому д1елекгричному хвилевод1, а також концепцй взаемодп зв'язаних хвиль, що збуджуються у систем!. Експериментально встановлено, що при реал1заци мод ел! черенковського випромшювання для призм товщиною А>Л можливе резонансне накопичення енергн. При реал1заци на МДС модел! дифракцшно-черенковського випромшювання максимальне перетворення енергп повсрхпово! хвши в снерпю випромшювання досягаеться псблизу критичних частот МДС при параметрах системи, що пиключаютъ прояву дифракц!! Брегга.

6. Шляхом чисельного анал1зу та £ кспериментально встановлено, що електромагштне иоле при збуджешн ДЧВ в метало.гйелектричному канал! мае резонансш властивост1. Вщносно нульово! ! мшус першо! гармошк в Д1електршсу випромшювання у вакуум - протифазне, а стосовно иаиих гармошк (враховуючи 1 позитив ¡й) - синфазне.

7. Встановлено, що вщкритий резонатор з МДС мае яисно нов! елсктродинам1чш властивост! пор1вняно з ВР без МДС: шляхом змши товщини д1елек"рика, значень е ! перюду ДГ можливе керування спектром коливань у ВР. Ц! властивост! ВР з МДС можуть знайти застосування при створенш дифракцшно-черенковських генератор!в \ селективних пристро'1в МСМ хвиль.

8. Для електродинашчнсп системи з двома зв'язаними ВР показано, що максимально! смуги пропускания можна досягти за рахунок opraнiзaцií зв'язку через стр1чков1 ДГ. Це вказуе на перевагу ц використання пр л створснш широкосмугових ггрисгрош дифракцшно! електрсшки.

9. Методом хвильового моделювання дифракцшного випромшювання у вщфитих хвилеводах встановлено, що поле

уздовж ос1 плоско-р1вноб1>кного хвилеводу мае вигляд стоячо! хвил! з рхвном1рним розподшом ампли-уди на 2/3 його довжини, а у ВХ з цилшдричною геометр1ею дзеркал може бути реал1зовано режим бпкучо! хви;п ¡з заданим амгоптудним розподшом поля. На осное-1 лшшно! самоузгоджено! теори" та експериментально визначено режими збудження вщкритого хвилеводу при трансформаци поверхневого поля ЕП в об'емш хв!ш ДВ. Показана можливють шдсилення електромапптних хвиль в такш систем!.

10.Шляхом пор1вняння результата лшшно! 1 нелшшно! стащонарно! теорп ВГДВ, а також експериментальних даних, показано, що нелшшною теор1ею доцьтьно користуватися при дворазовому прольот1 електронами простору взаемоди, ¿з збшыненням киькосп грольот1в електрошв, за рахунок суттевого зниження пусксвих 1 робочих струмщ генератора, достатньо в1ропдш 1 наочш результата дае лтшна теор1я.

11 .Для ГДВ-МН, на основ1 назлиженного теоретичного анал1зу та експериментальних доели,жень, сформульоваш рекомендаци для практично! реал1зацн таких пристро!в. Встановлено, що шляхом профшювання ЛНМП можна керувати вихщною потужшстю, крутизною электронно! перебудови частота 1 шириною спектрально! лши сигналш генерацн.

12.3апропоноваш ново засобк 1 методи вимхрювання статичних г динам1чних параметрш ЕП у приладах дифракцшно! слектрошки, як1 основан! на використанш переходного оптичного ! дифракцшного випромшювань. Способ втпрговання статичних параметр1в ЕП апробований при реестрацп фотометодом розподшв густини струму стр1чкових ! акаально-симетричних пучюв. Способ втпрювання динам1чних параметр1в ЕП реализовано у сантиметровому 1 мшметровому д1апазонак хвиль, що дозволило довести в1ропдшсть отриманих результата, а також видьтити особливосп динамшнш: характеристик ЕП прилад1в дифракщйно! електрошки у пор!внянш ЛЗХ I ЛБХ.

13.3апроионовано комплекс техшчних рндень, захищених авторськими посвщченнями на винаходи, для реалпацп

пристро!в дифракщйно! електрошки з просторово-розвинутими структурами i просторово неоднорщними статичними полями: ВГДВ i3 дворазовим прольотом електрошв, ГДВ з просторово-розвинутою за глибиною щшин дифракцшною граткою, ГДВ з багатопроменевою електронно-оптичиою системою, ГДВ р1зноманггних модифкацш на зв'язаних резонаторах, дифракцшно-черенковський генератор i ЛЗХ на черенковському випром1нюванш, ЛБХ на ефект! дифракщйного випромшгован ля. Залропоноваш пристро! частково реал1зоваш в макетному виконанш. Визначено шляхи i перспективи подальшого роз витку пристроГв дифракцшно! електрошки з просторово-розв и тугими структурами.

Подяки. Автор вважае сзо!м обов'язком вщзначити доброзичливе вщ ношения академгха HAH Украши Шестопалова В.П., у вщдш якого починалася робота. Поряд гз цим автор висловлюе глибоку вдячшсть професорам Кулгшу В.В , Цвику O.I., Шматьку О.О. за плщш дискусй' i науков1 консультацн в ripoueci вшсонання робота.

СПИСОК ОСИОВНИХ ПУБЛ1КАЦ1Й 3 ТЕМИ ДИСЕРТАЦН

1. Генератор дифракщйного вiспролпнювання мшметрового д1апазону з вщбивачем електронного потоку / I.M. Балаклицький, Г.С. Воробйов, O.I. Цвик, В.П. Шестопалов // ДАН УРСР. Сер. А,- 1976,- № 9. -С. 822-824.

2. Отражательный генератор дифракционного излучения / Балаклицкий И.М., Воробьев Г.С., Вягин Г.И., Мороз Е.Е., Чумак В.Г., Цнык А.И, // Электронная техника. Сер. 1.-1977. -Вып. Ю.-С. 106-108.

3. Увеличение эффективности работы генераторов дифракционного излучения с магнитной фокусировкой / И.М. Балаклицкий, Г.С. Воробьев, А.И. Цвык, В.П. Шестопалов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1977- Т.20, №10. - С.93-96.

4. Исследование спектральных характеристик импульсов дифракционного излучения / И.М. Балаклицкий, Г.С.

Воробьев, А.И. Цвык, В.П. Шестопалов // Изв. вузов. Радиофизика. - 1978.-Т. 21, № 12. -С. 1853-1861.

5. Экспериментальное исследование спектральных характеристик генераторе, дифракционного излучения / Балаклицкий И.М., Воробьев Г.С., ^одецкий А.П., Майстренко Ю.В., Цвык А.И // Изв. вузов. Радиофизика. - 1978.-Т. 21, №10. -С. 105-109.

6. Балаклицкий И.М., Воробьев Г.С., Цвык А.И. Анализ пусковых токов отражательного генератора дифракционного излучения // Изв. вузов. Радиофизика. - 1980.-Т. 23, № 10. -С.49-52.

7. Воробьев Г.С., Цвык А.И. Экспериментальное исследование гистерезисных явлений в генераторе дифракционного излучения // Изв. вузов. Радиофизика. - 1982.-Т: 25, № 9. -С. 1060-1067.

8. О характеристиках генератора дифракционного получения с многократным пролетом электронов/ Г.С. Воробьев, A.B. Нестеренко, А.И. Цвы с. В.П. Шестопалов // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т.2.8, №8. - С. 1611-1618.

9. Воробьев Г.С., Максимов П.В., Цвык А.И. К нелинейной стационарной теории отражательного генератора дифракционного излучения // Электроника миллиметровых и субмиллиметровых диапазонов- К: Наукова думка-1988,-С.233-242.

10. Исследование физических процессов взаимодействия электронного потока с дифрагированным полем / Воробьев Г.С., Несторенко A.B. Цвык А.И., Цвык Л.И., Шестоопалов В.П // Изв. вузов. Радиофизика-1988,- Т.31, №2,-С. 190-198.

11. Экспериментальные исследования преобразования поверхностных волн в объемные в открытом волноводе / Вертий A.A., Воробьев Г.С., Иванченко И.В., Нестеренко A.B., Попенко H.A. Цвык А.И // Изв. вузов. Радиофизика-1988.-№6,- С.717-724.

^.Экспериментальное определение редуцированной плазменной частоты электронного потока/Г.С. Воробьев, А.Я. Кириченко,

А.И. Цвык, Л.И. Цвык // Изв, вузов. Радиофизика,- 1990-Т.33,№10.-С.1162-1167.

13.Метод определения коэффициента редукции плазменной частоты электронного потока/ Г.С. Воробьев, А. Я. Кириченко, А.И. Цвык, Л.И. Цвык // Радиотехника и электроника,-1991-Т.36,№10.-С.2048-2051.

14.Экспериментальное исследование статических параметров осесимметричных электронны?; пучков малого диаметра/ Белоусов Е.В., Воробьев Г.С., Корж В.Г., Пушкарев К.А., Чабань В Я. II Сучасш проблеми прикладшн ф1зики,- К.: НМК ВО - 1992-С.87-100.

15.Исследование возможности повышения эффективности взаимодействия электронов с СВЧ полями в резонансных приборах О - типа / Г.С. Воробьев, A.B. Нестеренко, К.А. Пушкарев, А.И. Цвык // Сучасш проблеми прикладно! ф1зики.— К.: НМК ВО,- 1992,- С 101-117.

16.Применение металлодиэлектрических периодических структур в электронике КВЧ / Г.С Воробьев, О.С. Макеев, К.А. Пушкарев, А.И. Цвык // Шсник Сумського державного ушверегтету,- 1996,-№1(5). - С. 17-22.

17.Моделирование трансформации поверхностных волн электронного потока в объемные волны на металлодиэлектрических структурах / Г.С. Воробьев, О.С Макеев, К.А. Пушкарев, А.И. Цвык // Bîchhk Сумського державного ушверштету.- 1996,- №2(6). - С.28-32.

18.Scattering of electron stream waves on metal-dielectric structures/ G.S. Vorobjov, A.I. Tsvvk, K.A. Pushkaryov, O.S. Makeyv // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. - 1996-Vol. 17, №10.-P. 1761-1768.

19. Анализатор электронного пучка / Белоусов Е.В., Воробьев Г.С., Корж В.Г., Лысенко А.Н., Пушкарев К.А. // Приборы и техника эксперимента. - 1996.-№6.-С. 137-138.

20.Воробьев Г.С., Пушкарев К.А., Цвык А.И. Численный анализ экранирующих свойств дифракционной решетки при возбуждении электронным потоком излучения на металло--

диэлектрических структзрах // Радиотехника и электроника. - 1997.-Т.42, №6.-С.738-7^0.

2].Сравнительный анализ статических характеристик ленточных и аксиально-симметричных электронных пучков / Е.В. Белоусов, Г.С. Воробьев, К.А. Пушкарев, А.И. Рубан // BicHHic Сумського державного ушвератету- 1997 - №1(7). -С.73-76.

22.Method for measurement of .static parameters of axially symmetric beams in devices of mm-wave band- Vorobjov G.S., Borisenko A.A., Belousov Y. V., Korzh V.G., Kuîik i.A. Pushkaryov K.A. II International Journal of Infrared and Millimeter Waves. - 1998.-Vol.19, №2.-P. 243-250.

23. Фотометод диагностики аксиально-симметричных электронных пучков / Белоусов Е.В., Воробьев Г.С., Корж В.Г., Нагорный Д. А., Пушкарев К. А. // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1998.-Т.41, №6 - С.59-64.

24.Диагностика высокоинтенсивных электронных пучков по переходному излучению электронов с поверхности металлов / Белоусов Е.В., Воробьев Г.С., Корж В.Г., Нагорный Д.А., Пушкарев К.А. // Вопросы атомной науки и техники.- 1998.-Вып 6(7), 7(8).-С.155-157.

25.Теоретический анализ условий возбуждения колебаний в усилителе с распределенным взаимодействием на эффекте Смита-Парселла / Г.С. Воробьев, A.C. Кривец, А.И. Рубан, A.A. Шматько // Вкник С}мського державного уншерсггету,-1999,- №1(12). - С.28-33.

2 6. Экспериментальное моделирование условий возбуждения колебаний в усилителе с распределенным взаимодействием на эффекте Смита-Парселла / Г.С. Воробьев A.C. Кривей, А.И. Рубан, A.A. Шматько // Вюник Сумського державного ушверсп-ету,- 1999,- №1(12). - С.34-37.

27.Воробьев Г.С., Рубан А.И., Шматько A.A. Линейная теория нерезонансного усилителя КВЧ с распределенным взаимодействием на эффекте Смита-Парселла // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1999.-Г42, №6. - С. 67-70.

28.Энергетические характеристики дифракционно-черенковского излучения в периодических металло-диэлектрических структурах / Г.С. Воробьев, К.А. Пушкарев, А.И. Рубан, А.И. Цвык // Изв. вузов. Радиоэлектроника - 1999,- Т.42, №10. - С.62-66.

29.Влияние локальной неоднородности магнитостатического поля на стартовые и выходные характеристики генератора дифракционного излучения / Г.С. Воробьев, А.И Цвык, А.В. Нестеренко, В.П. Желтов // Изв. вузов. Радиофизика,-2000 - Т.43, №2-С. 144-154.

30.Воробйов Г.С. Обгрунтування вибору режимов моделювання черенковського та дифракцшного випромшювань на металодхелектричних структурах // Вюник Сумсысого державного ушверштету. - 2000 - №16. - С 60 - 64.

31.Vorobjov G.S. Electrodynamic properties of coupled quasi-optical open cavities in sources of millimeter radiation // Laser Physics.-2000,- Vol.10, №4,- P. 932-938.

32.0рогрон: A.c. 593589 СССР, МКИ H01 J 25/00 / И.М. Балаклицкий, Г.С. Воробьев, А.И. Цвык (СССР) -№2370643/18-25; Заявлено 14.06.76; Опубл. 1981, Бюл. № 33. -1с.

33.Генератор дифракционного излучения: А.с. 749278 СССР, МКИ Н01 J 25/00 / И.М. Балаклицкий, Г.С. Воробьев,

A.И. Цвык, Л.И. Цвык, В.П. Шестопалов (СССР) -№2717970/18-25; Заявлено 26.01.79; Опубл. 1982, Бюл. № 35. -1с.

34.Генератор дифракционного излучения: А.с. 728576, МКИ Н01 J 25/00/ И.М. Балаклицкий, Г.С. Воробьев, А.И. Цвык,

B.П. Шестопалов, А.В. Нестеренко (СССР).- № 2562252/1825; Заявлено 28.12.77; Зарег. 21.12.79.

35.Генератор дифракционного излучения: А.с. 982480, МКИ Н01 J 25/00/ И.М. Балаклицкий, Г.С. Воробьев, А.В. Нестеренко, А.И. Цвык, Л.И. Цвык (СССР) - № 2993352/18-21; Заявлено 13.10.80; Зарег. 16.08.82.

36.Способ определения коэффициента редукции плазменной частоты электронного потока б приборах СВЧ: А.с 1077501

СССР. МКИ HOI J 9/42. / Г.С. Воробьев, А.Я. Кириченко, А .И. Цвык, Л.И. Цвык, В.П. Шестопалов (СССР). -№3477952/18-21; Заявлено 05.08.82; Опубл. 1985, Бюл. №31,-

37.Генератор дифракциоиного излучения: A.c. 1152428, МКИ Н01 J 25/00/ Г.С. Воробьев, В.К. Корнеенков, B.C. Мирошниченко,

A.И. Цвык, В.П. Шестопалов (СССР).- № 3679238/24-21; Заявлено 22.12.83; Зарег. 22.12.84.

38.Генератор дифракционного излучения: A.c. 1279442 СССР, МКИ HOI J 25/00/ Г.С. Воробьев^ A.B. Нестеренко, А.И. Цвык,

B.П. Шестопалов (СССР). - № 3852837/24-21; Заявлено 11.02.85; Зарег. 22.08.86.

39.Дз>.га бегущей волны- A.c. 1294194 СССР, МКИ 401 J 25/00 / АЛ «>.-. ■'.€. Воробьев, '4.8. Иванченко, A.B. j.'vcrepcHKO, А.И. Цвь?т; В.П. Шестоиалов (СССР). -J&328/920/24-2 j; Заявлено 24.04.85; Зарег. 1.07.86.

40 Устаровка для определения динамических характеристик эл-зкурониогс потока в приборах СВЧ с дифракционной решетеои: A.c. 142632."' СССР, МКИ НО] J 9/42. 1 Г.С. Воробьев. A.B. Нестеренко, А.И. Цвык. В.П. Шестопалов (СССР). - >'-3989822/24—21. Заявлено 16.12.85; Зарег. 22.05.88.

41 .Генератор дифракционного излучения: А.с 1780450 СССР, МКИ HOI J 25/40, 25/00 / Г.С. Воробьев, IC.A. Пушкарев, А.И. Цвык, В .П. Шестопалов (СССР). №4796775; Заявлено 2.01.90; Зарег 8.08.92.

42.Лампа обратной волны: A.c. 1786961 СССР, МКИ Н01 J 25М0.25/00. / Г.С. Воробьев. К.А Пушкарев, А.И. Цвык, В .Я. Чабань, В .П. Шестопалов (СССР). -№4774932; Заявлено 2.01.90; Зарег. 8.09.92.

43.Пат. 2008737 РФ, МКИ Н01 J 9/42, G01T1/29. Способ определения статических характеристик электронных пучков малого сечения и устройство для его осуществления: Пат. 2008737 РФ, МКИ HOI J 9/42, G01T1/2Q" / Г.С. Воробьев, Е.В. Белоусов ВТ., Корж, К.А. Пушкарев, В.Я. Чабань (Украина). - №500789825: Заявлено 9.07.91; Опубл. 28.02.94. Бюл №4,- 1с.

44.Воробьев Г.С., Цвык А.И., Шесгопалов ВН., Анализ условий возбуждения СВЧ колебаний в отражательном генераторе дифракционного излучения: Препр./ АН УССР. Ин-т радиофизики и электроники; 297 - Харьков: 1986. - 42с.

45.Воробьев Г.С., Цвык А.И., Шестопалов В.П. Экспериментальное исследование нелинейных процессов возбуждения СВЧ колебаний в отражательном генераторе дифракционного излучения: Препр. / АН УССР. Ин-т радиофизики и электроники; 29k.- Харьков: 1986 - 36с.

АНОТАДШ

Воробйов 1 е:шадш Савелшович. Хвильогл ироцеси у приладах дифракцшноУ електрошкн з просторово-розвинутнми структурами. - Рукопис,

Днсертацш на здобуггя наукового ступени доктора фгзшсо-математичних наук за спещальмоот.гми 0] .04.01 - ф1зика прилад1в, елеметтв i систем; 01.04,04 - флз.ччна електрошка. - Сумський державпий университет, Су ми, 2000.

У дисертаципш! робот! оэгрунговаш та узагальпен; теоре'хичш i екслеримеитальш дослщження хьильових процеслв у приладах днфракцУшо! електронпси з просторово-розвинутими структурами. Доведена гфекгивтсть ьиксркстынни перюдичних металод!електричннх структур i звязаних зщкригкх резонаторов для реашзацп режилав черенковського ; дифракцшного випромшювань. Встановпеш загадь ю закодошриосп елсктронно-хвильових npouccio у гидкритп.ч. xsmcs'wpx i резонаторах a просторово-розв1шутими структурами. Зааооионовано i реал!зовано ное; методи д1агностшш елеетроаних пучкш, а також практичних схем пристрогв дифраюдшно! електрошки.

Ключош слова: дифракцшне в и пр ом i шо в анн я, металод1електрична структура, вудкритий резонатор, черенковське випромшювання, елекгронний пучок.

АННОТАЦИЯ

Воробьев Г. С. Волновые процессы в приборах дифракционной электроники с пространственно-развитыми структурами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальностям 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем; 01.G4.04 - физическая электроника. - Сумский государственный университет, Сумы, 2000.

В диссертационной работе развиты и обобщены теоретические и экспериментальные исследования волновых процессов в приборах дифракционной электроники с пространственно-развитыми структурами, являющиеся основой д ля построения источников колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн с улучшенными выходными характеристиками и рас ширенными функциональными возможностями.

Установлены общие закономерности волновых процессов при возбузедентш черепковского и дифракционного излучений fVf.e:«-r?icy!CTCKHM эдсйтуожшм потоком яа периодических t «татледиэлекгричечлеих структурах. Показана возможность г-ффективного управлений спектром колебаний в открытых резонаторах приборов дифракционной электроники при использовании такого типа пространственно-развитых структур. Показано, что пространственно-развитые структуры на основе открыты.'- резонаторов могут быть использованы для расширении полосы генерируемых частот приборов дифракционной элег;роника. При этом установлено, что максимальная полоса пропускания такой системы достигается при связи двух открытых резонаторов через ленточные дифракционные решетки. Предложена линейная самосогласованная теория электропно-золновых процессов в при бор л.х дифракционной электроники с пространственно-развлтыми структурами полноводного типа. Экспериментально

показана возможность широкополосного усиления электромагнитных волн в таких системах.

В плане дальнейшего развития приборов дифракционной электроники с пространственно неоднородными статическими полями, определены рамки применения линейной и нелинейной теорий для описания механизмов возбуждения колебаний в электродинамических системах отражательного генератора дифракционного излучения и генератора с магнитостатической неоднородностью поля. Показана возможность практической реализации на базе таких устройств гетеродинных источников излучения миллиметровых волк.

Доказана возможность эффективного использования переходного и дифракционного излучений для диагностики параметров электронных пучков, а также черепковского и дифракционно-черенковского излечений для организации новых механизмов энергообмена электронов с полями в приборах дифракционной электроники.

Результаты численного анализа и экспериментального моделирования волновых процессов в приборах дифракционной электроники с металлодиэлектрическими структурами позволяют дать практические рекомендации по реализации черепковских и дифракциошю-черенкосских генераторов, о также сслааивных устройств миллиметрового диапазона голи. Линейная самосогласованная теория волновых процессов прк возбуждении дифракционного излучения в открытом волноводе, а также результаты экспериментальных плсл^доьзт»: таких систем, являются основой для построения теории и создания

нового типа усилителей. Результаты исследований приборов с неоднородными статическими полями указывают на целесообразность их использования в качестве гетеродинных источников колебаний.

Ключевые слова: дифракционное излучение, металлодиэлектрическая структура, открытый резонатор, черенковское излучение, электронный пучок.

ABSTRACT

Vorobjov Gennadiy Savelievich. Wavelike operations in devices of diffraction electronics with spatially - advanced structures. - Manuscript

The dissertation for the scientific degree of the Doctor of Science in physics and mathematics corresponding to the specialty 01.04.01 -physics devices, elements and systems and 01.04.01 - physical electronics, Sumy State University, Sumy, 2000.

The dissertation deals with the assumption and generalization of theoretical and experimental investigations of diffraction electronics with spatially - advanced structures. Efficiency of periodical metal -dielectric structures and coupled open resonators use for the implementation of diffraction and Cherencov radiation are shown. General characteristics of electron - wave operations in open wave guides and resonators with spatially - advanced structures are established. New methods of el ectron beam diagnostics and practical circuitries of diffraction electronics devices are proposed and implemented.

Key words: diffraction radiation, metal - dielectric structure, open resonator, Cherencov radiation, electron beam.