Теоретично досліджено режим підсилення монохроматичного сигналу у гібридному планарному мазері на вільних електронах (МВЕ) за умов, близьких до магнітостатичного резонансу. Запропоновано теоретичну модель МВЕ, яка враховує потенційну та вихрову частину поля просторового заряду (ППЗ). Аналітично одрано траєкторії та нормальні частоти руху електрона в магнітостатичному полі накачки з таким ступенем точності, що дозволяє дослідити перекачування кінетичної енергії руху електрона з поздовжнього степеня вільності у поперечно-коливальні степені вільності в околі магнітостатичного резонансу. Аналітично одержано умову стохастизації руху електрона в полі накачки. Одержано дисперсійні рівняння МВЕ для ондуляторного та гібридного синхронізмів з урахуванням нормальних ондуляторної та циклотронної частот. Установлено, що в області регуляторних траєкторій лінійний коефіцієнт підсилення досягає максимального значення в околі магнітостатичного резонансу й у випадку ондуляторного синхронізму слабо залежить від амплітуди поля ондулятора та довжини підсилювальної хвилі, що дозволяє здійснювати перестройку за частотою. З'ясовано, що у випадку гібридного синхронізму максимум взаємодії досягається у максимумі градієнта хвилі, що практично дозволяє використовувати два електронних пучки для підвищення коефіцієнта корисної дії. Установлено, що вихрове ППЗ послаблює дефокусувальний вплив потенційного ППЗ на групування електронного пучка. З'ясовано, що ППЗ слабко впливає на ефективність підсилення, якщо параметри взаємодії електронного пучка з високочастотнии полем відповідають режиму роботи МВЕ поблизу магнітостатичного резонансу, але ППЗ сильно зменшує ефективність за режиму роботи вдалині від магнітостатичного резонансу.

  Скачати повний текст

Розроблено теорію нелінійного розповсюдження та випромінювання швидких електронів у космічній плазмі за відсутності (Сонце, пульсари, позагалактичні викиди) та за наявності зовнішніх електричного (Сонце) та магнітного (Сонце, спалахуючі зірки, Юпітер) полів. Продемонстровано, що електрони розповсюджуються в плазмі у вигляді нелінійного об'єкта - пучково-плазмового утворення, що складається з електронів та плазмонів і має властивості аналогічні властивостям солітонів. Випромінювання цих об'єктів за допомогою плазмового та електрон-циклотронного мазерного механізмів дозволяє зрозуміти тонку часову структуру, велику яскравісну температуру, час життя та інші властивості спорадичного радіовипромінювання різних космічних об'єктів (Сонця, Юпітера, пульсарів).

  Скачати повний текст

Мета роботи – визначення нових режимів генерації в компактних низьковольтних електронно-вакуумних приладах міліметрового та субміліметрового діапазонів з метою підвищення ефективності електронно-хвильової взаємодії. Об'єктом дослідження є процеси формування та транспортування низьковольтних інтенсивних електронних пучків різних конфігурацій, а також процеси їх взаємодії з електромагнітними хвилями в електронно-вакуумних приладах мм та субмм діапазонів. Методи дослідження: метод Рунге – Кутта, метод часткових областей, метод перерозкладень. Теоретичні та практичні результати: показано низьковольтний ефективний режим роботи мазерів на циклотронному резонансі з перестроюванням частоти, а також нові режими електронно-хвильової взаємодії в клинотронах міліметрового та субміліметрового діапазонів. Новизна: отримано нові режими генерації низьковольтних вакуумних електронних приладів міліметрового та субміліметрового діапазонів із підвищенною ефективністю та стабільністю. Ступень упровадження: Результати роботи можуть бути використаними при підготовці та проведені навчальних лекцій у вищих навчальних закладах Міністерства освіти і науки України, де досліджується науковий напрям з фізичної електроніки та фізики пучків заряджених частинок. Сфера використання: результати досліджень може бути використано в фізичній електроніці, спектроскопії медичних та біологічних об'єктів.^UThe purpose of the dissertation work is to determine new regimes of generation in compact low-voltage vacuum electron devices of millimeter and submillimeter ranges in order to increase the efficiency of beam-wave interaction. The object of the research is the processes of a formation and transportation of low-voltage intense electron beams of various configurations, as well as the processes of their interaction with electromagnetic waves in vacuum electron devices of millimeter and submillimeter ranges. Research methods: Runge - Kutta method, mode matching technique, method of decomposition. Theoretical and practical results: low-voltage effective operation of cyclotron resonance masers with frequency tuning is shown, as well as new regimes of beam-wave interaction in clinotrons of millimeter and submillimeter ranges. Novelty: new regimes of operation of low-voltage vacuum electron devices of millimeter and submillimeter ranges with increased efficiency and stability are obtained. Implementation: The results of the work can be used in the preparation and presentation of educational lectures in high educational institutions of the Ministry of Education and Science of Ukraine, which studies the scientific field of physical electronics and physics of charged particle beams. Scope: research results can be used in physical electronics, spectroscopy of medical and biological objects.

Дисертаційну роботу присвячено вирішенню важливої науково-прикладної проблеми підвищення ефективності взаємодії електронних потоків з електромагнітними полями субтерагерцового (субТГц) і терагерцового (ТГц) діапазонів в електронно-вакуумних приладах (ЕВП) черенковського типу та в мазерах на циклотронному резонансі (МЦР). З метою подолання «ТГц провалля» детально вивчені закономірності та явища, притаманні фізичним процесам в цих приладах, що дозволило запропонувати створення зворотного зв'язку, який може суттєво зменшити вплив негативних факторів, що впливають на ефективність ТГц ЕВП. Так, наприклад, досліджено режим на гібридних об’ємно-поверхневих модах, при якому значно зменшується чутливість до омічних втрат в уповільнювальній системі черенковського генератора. Також розглянуто резонансний зворотний зв’язок, породжений додатковими відбивачами, та поза-резонаторною взаємодією для ефективної генерації та розширення діапазону частотного перестроювання в гіротроні. Під час дослідження процесів взаємодії стрічкових і полігвинтових електронних потоків з електромагнітними хвилями, що збуджувались у надрозмірних електродинамічних системах електронно-вакуумних генераторів субТГц і ТГц діапазонів, було вперше виявлено низку фізичних ефектів, що суттєво впливають на вихідні характеристики приладів.^UThe dissertation is devoted to the solution of an important scientific and applied problem of an increase the efficiency of the interaction of electron beams with electromagnetic fields of the sub-THz and THz ranges in vacuum electron devices (VEDs) based on the Cherenkov radiation and in masers on cyclotron resonance (MCR). To overcome the “THz gap” issue, the regularities and phenomena inherent in these physical processes were studied in detail, which made it possible to propose the creation of a feedback loop that can significantly reduce the influence of negative factors affecting the efficiency of THz VEDs. So, for example, the regime on hybrid bulk-surface modes has investigated, in which the sensitivity to ohmic losses in the slow wave system of the Cherenkov oscillator is significantly reduced. Resonant feedback formed by additional reflectors and after-cavity interaction for the efficient oscillations and the extension of the frequency tuning range in gyrotron have been also considered. During the study of the processes of interaction of sheet and multi-helical electron beams with electromagnetic waves excited in oversized electrodynamic systems of subTHz and THz VEDs, a number of physical effects that significantly affect the output characteristics of the devices were discovered for the first time.