Введение к работе
Актуальность темы.
Многочисленные приложения когерентного
микроволнового излучения большой мощности, такие как нагрев плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза (УТС), ускорение заряженных частиц до высоких энергий, радиолокация и связь-, технологии обработки материалов, порождают разнообразные требования к электродинамическим системам, используемым для транспортировки и преобразования волновых потоков. К числу наиболее актуальных задач можно отнести: преобразование высших рабочих мод мощных источников излучения в волны простейшей структуры, сопряжение мод волноведущих систем различных типов, фильтрация модового и частотного спектра излучения, компрессия микроволновых импульсов.
Специфика методов, используемых на мощных коротких микроволнах, проистекает из того, что, с одной стороны, высокочастотный пробой и омические потери не позволяют использовать волноводы с сечениями порядка длины волны, а, с другой, масштабное моделирование чисто оптических элементов привело бы к неадекватно большим размерам электродинамических систем. Компромисс достигается естественным образом при использовании методов квазиоптики [1*-1б*], которые требуют постоянного совершенствования в связи с прогрессом как источников, так 11 потребителей мощного излучения.
Цели диссертационной работы:
- разработка новых преобразователей высших волноводных мод
в волны различных типов, в частности, в узконаправленные
волновые пучки.
разработка новых методов анализа модового состава сверхразмерных волноводов.
- создание узкополосных режекторных фильтров диапазона
миллиметровых волн! . *
- разработка новых методов компрессии импульсов мощного микроволнового излучения.
Научная новизна.
-
Предложен метод преобразования волновых потоков, имеющих квази-конический угловой спектр, посредством плавно неоднородных волноводов.
-
Предложен компактный преобразователь параксиальной моды в гауссов пучок, использующий промежуточное преобразование исходной моды в волну со значительным углом Бриллюэна.
-
Предложен метод анализа модового состава сверхразмерных волноводов с импедансной гофрировкой по измерениям интенсивностей полей в нескольких поперечных сечениях.
-
Предложен метод синтеза модуляции входного сигнала и параметров резонаторов кольцевого типа, оптимизирующий эффективность компрессии заданного импульса в импульс требуемой формы.
-
Предложен бочкообразный резонатор с винтовой гофрировкой стенки в качестве электропрочного накопительного элемента пассивных компрессоров импульсов.
-
Предложен метод построения узкополосных режекторных фильтров частот на основе цепочек квазиоптических резонаторов.
Практическая ценность.
Разработанные методы преобразования высших волн круглого волновода в узконаправленные волновые пучки предназначены для сопряжения мощных микроволновых генераторов и усилителей с внешними электродинамическими трактами.
Разработанный метод анализа модового состава мощных волновых потоков в сверхразмерных волноводах с импедансными стенками по измерениям распределений интенсивности полей в небольшом числе поперечных сечений позволяет избежать трудностей измерения фазовых распределений СВЧ полей большой амплитуды.
Узкополосные режекторные фильтры способны выполнить
функцию защиты чувствительного регистрирующего приемника
от излучения мощного зондирующего СВЧ источника при
диагностике параметров нестационарной плазмы. *
Исследованные методы компрессии импульсов могут найти применение при разработке новых ускорителей заряженных частиц.
Использование результатов работы.
Разработанные в результате диссертационной работы преобразователи использовались в качестве излучающей антенны радара миллиметрового диапазона в лаборатории Los-Alamos (США), узлов внешней электродинамики технологического гиротрона в ИПФ РАН [26]; в качестве преобразователей моды НЕ\\ гофрированных волноводов в университете Киото (Япония), Tore Supra (СЕА, Франция), токамаке в Вареннах (CCFM, Канада) [3,16,18,19,21,27]. Узкополосный режекторный фильтр использовался в экспериментах по диагностике плазмы на стеллараторе W7-AS (Гархинг, Германия) [9,25*]. В ИПФ РАН создан макет активного СВЧ компрессора импульсов для линейных коллаидеров с выходной мощностью 1.8 МВт на частоту f=9.4 ГГц [7,13,25]. Результаты работы были использованы также при выполнении работ по грантам Международного научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, Департамента по энергетике США и ряда зарубежных контрактов.
Публикации и апробация результатов.
Основные результаты диссертации опубликованы в
работах [1-27] и докладывались на 18-22-ой Международных
конференциях по инфракрасным и миллиметровым волнам (1993,
Эссекс; 1995, Орландо;' 1996, Берлин; 1997, Винтергрин),' 7-ом
Международном рабочем совещании по линейным коллайдерам
(1997, Звенигород), 9-ом Симпозиуме по сильноточной
электронике (1992, Екатеринбург), Симпозиуме Progress in
Electromagnetics Research'96 (1996, Инсбург), 2-ом и 3-ем
Международных рабочих совещаниях Strong Microwaves in Plasmas
(1993, Нижний Новгород; 1996, Нижний Новгород), конференции
Annales des Journees Maxwell (1997, Бордо), совещаниях по
грантам МНТП России (1996, Нижний Новгород; 1997, Москва),
конференции Electron-Cyclotron'10, (1997, Амеланд),
Всероссийской школе-семинаре Физика и применение микроволн (1997, Красновидово Моск. обл.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав и заключения. Объем диссертации составляет
158 страниц, включая 144 страницы основного текста, 114 рисунков, и список литературы из 84 наименований.
