Repetitively Pulsed Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator Without a Guiding Magnetic Field

Totmeninov, E. M.; Kitsanov, S. A.; Выходцев, П. В.

doi:10.1109/tps.2011.2106520

Cited by 34 publications

(11 citation statements)

References 7 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…It was shown that a significant (about two times) difference between the calculated and experimental efficiencies of the oscillator was due to the insufficient transport length of the relativistic electron beam (REB) along the interaction space (∼2/3 of the calculated value) and the electron beam current losses in the vacuum diode region (40%-50% of the total vacuum-diode current) observed in the experiments [1]. On the other hand, the anode grid in this device makes problematical the realization of a prolonged pulse-periodic operation mode with a high repetition rate [2]. In addition, it can be expected that adaptation of the device to higher frequencies will meet some problems (lower transparency and shorter lifetime of anode grid; increased e-beam losses in the vacuum diode).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 95%

“…E ARLIER theoretical and experimental studies have demonstrated the operability of the relativistic Cherenkov microwave oscillator with no guiding magnetic field [1], [2] (a relativistic analog of the pasotron [3]) in S-band frequency range. In this device, the energy exchange occurs with a negative initial kinematic mismatch when the phase velocity of the synchronous electromagnetic wave exceeds the electron velocity.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

Totmeninov

2014

IEEE Trans. Plasma Sci.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Based on numerical simulation, a scheme of the X-band relativistic Cherenkov microwave oscillator with a hollow cylindrical increased cross-sectional electron beam transported by the external magnetic field is considered. For the electron energy of ∼0.5 MeV and electron beamwidth of ∼5 mm, an effective 100-ns-long pulse mode in a reduced magnetic field of 0.75 T has been calculated. Within the stationary stage of oscillation, the maximum simulated microwave power for the operating TM 01 mode was 630 MW that corresponded to the oscillator efficiency of 34% at the oscillation frequency of 10 GHz.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 95%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

Totmeninov

2014

IEEE Trans. Plasma Sci.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Все необходимые чис-ленные расчеты генератора, представленные в настоя-щей работе, были выполнены с помощью 3D-версии пол-ностью электромагнитного нестационарного численного PIC-кода KARAT [7], который успешно применяется при разработке и реализации различных типов СВЧ генераторов [4,[8][9][10]. …”

Section: Introductionunclassified

О сокращении длительности переходного процесса генерации в релятивистском генераторе бегущей волны диапазона 2.4 GHz на основе полой замедляющей системы

Тотьменинов¹,

Климов²,

Конев³

et al. 2018

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

Численно и экспериментально продемонстрировано уменьшение длительности переходного процесса генерации в релятивистском СВЧ генераторе бегущей волны, в котором взаимодействие осуществляется между релятивистским электронным пучком и основной гармоникой попутной электромагнитной волны, замедленной до скорости света в полой замедляющей системе. Показано, что в данном режиме достигается высокое сопротивление связи пучка с волной вплоть до ≈ 10 , что обеспечивает сокращение переходного процесса. В эксперименте получена пиковая мощность микроволновой генерации 210 ± 40 MW на часто-те 2.45 GHz в ведущем магнитном поле 0.16 Т. Эффективность генератора по преобразованию мощности электронного пучка в электромагнитное излучение составила 17 ± 3%. При длительности импульса тока пучка около 50 ns длительность микроволнового импульса составила около 20 ns, а время переходного процесса около 22 ns. ВведениеТипичное время установления СВЧ колебаний в ре-лятивистских черенковских СВЧ генераторах на ос-нове полых замедляющих систем, например в лампе обратной волны (ЛОВ), составляет около 100T , где T -период колебаний. Это обстоятельство требует достаточной длительности импульса тока пучка, что сужает круг импульсных высоковольтных источников, которые могут быть использованы для питания данных генераторов, а также создает трудности при их про-движении в более низкочастотный диапазон. Известно, что принципиальное значение для возможности возбуж-дения черенковских генераторов имеет сопротивление связи (Z) электронного пучка с синхронной гармоникой, которое, в частности, определяет время установления СВЧ колебаний (длительность переходного процесса). Так, например, в релятивистской лампе обратной волны на основе коаксиального волновода (КРЛОВ) расчет-ное время раскачки колебаний составляло ≈ 30T , для частоты генерации 1.25 GHz при сопротивлении связи электронного пучка с синхронной " −1" гармоникой волны TEM около Z 1 ≈ 10[1]. Однако в процессе экспериментальных исследований КРЛОВ был выявлен ряд недостатков данной схемы: сложная система крепле-ния и юстировки центрального проводника коаксиальной линии (нарушение юстировки приводит к возбуждению конкурирующих несимметричных колебаний), необходи-мость использования сильных ведущих магнитных полей для транспортировки электронного пучка [1]. Короткое время переходного процесса также достигается в гене-раторах на основе виртуального катода [2]. Однако эф-фективность этих приборов невелика, и наличие анодной сетки, постепенно разрушающейся под действием потока электронов, существенно ограничивает возможность их практической эксплуатации в длительных импульсно-периодических режимах.Механизм, в котором предварительно промодулиро-ванный электронный пучок взаимодействует с основной гармоникой попутной волны, фазовая скорость которой замедлена в полой замедляющей системе (ЗС) до скоро-сти света, был предложен и реализован в работах [3,4]. Было показано [5], что в этом случае также достигается сильная (величина Z может доходить до ≈ 10 ) связь электронного пучка с электромагнитной волной и со...

show abstract

“…Поиск в этом направлении может быть связан, в частности, с использованием полей наиболее интенсивных несинхронных волновых гармоник, суще-ствующих в ЗС: нулевых гармоник попутной (и, воз-можно, встречной) волны и (−1)-й гармоники попутной волны. Расчет такого прибора и описан в настоящей работе.Расчеты выполнены в осесимметричной версии полно-стью электромагнитного кода KARAT [5], ранее много-кратно использованного при разработке СВЧ генерато-ров различных типов [6][7][8], а также в одномерной PIC-модели РЛОВ [9] с учетом объемного заряда пучка и названных выше волновых гармоник. Также использо-вана программа для расчета волновых полей на основе метода матриц рассеяния [10].…”

unclassified

“…Расчеты выполнены в осесимметричной версии полно-стью электромагнитного кода KARAT [5], ранее много-кратно использованного при разработке СВЧ генерато-ров различных типов [6][7][8], а также в одномерной PIC-модели РЛОВ [9] с учетом объемного заряда пучка и названных выше волновых гармоник. Также использо-вана программа для расчета волновых полей на основе метода матриц рассеяния [10].…”

unclassified

Релятивистский твистрон с КПД 56% на основе конструкции лампы обратной волны с модулирующим рефлектором

Тотьменинов¹,

Пегель²,

Тараканов³

2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

Посредством численного моделирования продемонстрирован режим работы релятивистского черенковско-го СВЧ генератора типа твистрон на основе замедляющей системы лампы обратной волны и модулирующего рефлектора с немонотонным, сильно неоднородным по длине системы энергообменом и эффективностью преобразования по мощности от электронного пучка в электромагнитное излучение 56% при " электронном" КПД 66%. Для ускоряющего напряжения 340 kV и тока электронного пучка 3.3 kA расчетная мощность генерации составила 630 MW на частоте 9.7 GHz при ведущем магнитном поле 2.2 T. DOI: 10.21883/JTF.2017.06.44522.1978 Распространенным типом мощных СВЧ генераторов на основе сильноточных электронных пучков являются генераторы на основе релятивистской лампы обратной волны (РЛОВ). Внимание исследователей и разработ-чиков в последние два десятилетия привлекают РЛОВ, снабженные модулирующим рефлектором [1], облада-ющие кроме высокого КПД (свыше 40%) и другими преимуществами: увеличенным размером и электро-прочностью замедляющей системы (ЗС), возможностью в широких пределах управлять частотой генерации. По-вышению КПД генераторов такого типа уделяется при-стальное внимание. Ориентиром, стимулирующим эти исследования, являются высокие (до 60−70%) величины КПД, полученные в разные годы в упрощенных моделях РЛОВ с ЗС, неоднородными по фазовой скорости или по связи волны с пучком [2,3]. Недавно в численном эксперименте с использованием полностью электромаг-нитного кода UNIPIC за счет сложного профилирования ЗС прибора был рассчитан режим генерации РЛОВ с эффективностью 48% [4].В РЛОВ с модулирующим рефлектором [1] поле в рефлекторе вызывает модуляцию электронного пучка по энергии, и на вход ЗС поступает уже в большей или меньшей мере сгруппированный пучок. Было показано, что в приборе такого типа варьирование амплитудно-фазовых соотношений между высокочастотным током в пучке, созданным модулятором, и полем синхронной волны на входе ЗС позволяет в широких пределах управлять частотой и эффективности генерации. В ра-боте [1] подробно исследован случай, когда сгусток электронов на входе в ЗС попадает в тормозящую фазу синхронной (−1) гармоники встречной волны, и ключевую роль в энергообмене играет взаимодействие пучка с полем именно этой гармоники. Для такого типа фазировки сгустка простые расчеты в одномерных моделях демонстрируют возможность достижения (при оптимальной величине объемного заряда пучка) высоких КПД -около 60%.Нельзя исключать, что высокоэффективая генерация возможна и при существенно иных амплитудно-фазовых соотношениях. Поиск в этом направлении может быть связан, в частности, с использованием полей наиболее интенсивных несинхронных волновых гармоник, суще-ствующих в ЗС: нулевых гармоник попутной (и, воз-можно, встречной) волны и (−1)-й гармоники попутной волны. Расчет такого прибора и описан в настоящей работе.Расчеты выполнены в осесимметричной версии полно-стью электромагнитного кода KARAT [5], ранее много-кратно использованного при разработке СВЧ генерато-ров различных типов [6][7][8], а также в одномерной PIC-модели РЛОВ [9] с ...

show abstract

Repetitively Pulsed Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator Without a Guiding Magnetic Field

Cited by 34 publications

References 7 publications

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

О сокращении длительности переходного процесса генерации в релятивистском генераторе бегущей волны диапазона 2.4 GHz на основе полой замедляющей системы

Релятивистский твистрон с КПД 56% на основе конструкции лампы обратной волны с модулирующим рефлектором

Contact Info

Product

Resources

About

Repetitively Pulsed Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator Without a Guiding Magnetic Field

Cited by 34 publications

References 7 publications

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

<inline-formula> <tex-math notation="TeX">\(X\) </tex-math></inline-formula>-Band Relativistic Cherenkov Microwave Oscillator With Increased Cross-Sectional Electron Beam

О сокращении длительности переходного процесса генерации в релятивистском генераторе бегущей волны диапазона 2.4 GHz на основе полой замедляющей системы

Релятивистский твистрон с КПД 56&#37; на основе конструкции лампы обратной волны с модулирующим рефлектором

Contact Info

Product

Resources

About

Релятивистский твистрон с КПД 56% на основе конструкции лампы обратной волны с модулирующим рефлектором