РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины "Электроника СВЧ"

(осень 2003)

 

Автор - доцент, к.ф.-м.н. А.Е. Храмов

 

Введение.

Основные особенности сверхвысокочастотной электроники. Пять идей, которые создали СВЧ электронику. Индивидуальное излучение заряженных частиц (спонтанное излучение классических осцилляторов). Механизм группировки и индуцированное излучение. Линейная и квадратичная группировка. Фазовая селекция и излучение при линейной группировке. Пространственная неоднородность высокочастотного поля и пространственная группировка. Возбуждение резонаторов и волноводов заданными токами.

Раздел 1. Приборы с дискретным взаимодействием (временной резонанс в СВЧ электронике).

Модуляция электронов по скорости и группирование электронов в пространстве дрейфа. -Инерционная группировка-; ее особенности. 100$ идея братьев Вариан и Хансена. Физические процессы в двухрезонаторном клистроне-усилителе (кинематическое приближение). Элементарная теория отражательного клистрона: пусковой режим, выходная мощность и к.п.д., зоны колебаний и электронная перестройка частоты.

Раздел 2. Гидродинамическое описание электронного потока. Волны пространственного заряда.

Гидродинамическое описание электронного потока. Вывод гидродинамических уравнений электроники. Волны пространственного заряда и группирование в пространстве дрейфа. Волны с положительной и отрицательной энергией. Учет влияния пространственного заряда в теории пролетных клистронов. Двухлучевая неустойчивость (абсолютная и конвективная неустойчивость; глобальная неустойчивость). Резистивный усилитель. Нелинейные волны пространственного заряда. Циклотронные волны.

Раздел 3. Взаимодействие высокочастотных полей с электронами в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Элементарная теория магнетрона. Кинематическая дрейфовая теория группирования электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях и в поле бегущей волны. Пространственный резонанс. Силовая группировка. Расчет мощности взаимодействия и к.п.д. применительно к плоского магнетрона. Качественное описание и характеристики современных магнетронов. Что вносит цилиндричность в физику магнетрона. Амплитрон.

Пространственный заряд в скрещенных полях. Пространственный заряд в скрещенных полях и три загадки магнетрона (свойства магнетрона при магнитном поле больше критического, когда генерации нет; начало генерации в магнетроне; есть ли вообще стационарный режим генерации в магнетроне).

Раздел 4: Лампы с бегущей волной типа О.

Взаимодействие электронного потока с бегущей прямой электромагнитной волной. Взаимодействие электронного потока с бегущей электромагнитной волной. Лампа бегущей волны (ЛБВ). Применение метода последовательных приближений к анализу взаимодействия электронного потока с электромагнитными волнами. Качественное описание процесса группирования электронов в бегущей волне. Квадратичная группировка.

Нелинейная теория ЛБВО. Вывод нелинейных уравнений ЛБВО. Линеаризация нелинейных уравнений ЛБВ. Дисперсионное уравнение ЛБВ. Законы сохранения энергии. Механизм фазировки и ограничения мощности в ЛБВО. Особенности и результаты решения задачи на ЭВМ. Спиральная ЛБВ.

ЛБВО c цепочкой связанных резонаторов. Особенности физических процессов в ЛБВО с цепочкой связанных резонаторов (ЦСР). О дискретном и волновом подходе к анализу взаимодействия в ЛБВО с ЦСР. Об особенностях физических процессов вблизи границ пропускания замедляющей системы.

Раздел 5: Взаимодействие электронного потока с обратной электромагнитной волной (лампы с обратной волной).

Карсинотрон. Теория пускового режима ЛОВ в приближении заданного поля. Результаты нелинейной нестационарной теории. Лампа обратной волны магнетронного типа.

Раздел 6: Гироприборы

История создания и особенности конструкции. Резонаторы гиротронов. Укороченные уравнения автоколебаний в гиромонотроне. Интегрирование укороченных уравнений автоколебаний в гиромонотроне (теория слабого сигнала). Пусковой режим гиромонотрона. Другие разновидности гироприборов. Взаимодействие винтовых электронных пучков с незамедленными электромагнитными волнами в волноводе (гиро-ЛВВ и гиро-ЛБВ). Пениотрон - эталонная модель распределенной системы с силовой группировкойэлектронов

Раздел 7. Неустойчивость Пирса. Виркаторы

Неизлучательная неустойчивость Пирса. Диод Пирса. Предельный вакуумный ток релятивистского электронного пучка в цилиндрической геометрии. Отражательные триоды с виртуальным катодом и виркаторы.

 

Перечень литературы

1.    Шевчик В.Н. Основы электроники сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1959.

2.    Шевчик В.Н., Шведов Г.Н., Соболева А.В. Волновые и колебательные явления в электронных потоках на сверхвысоких частотах. Саратов: Изд.о СГУ. 1963.

3.    Шевчик В.Н. Взаимодействие электронных пучков с электромагнитными полями. Саратов: Изд.--во СГУ. 1963.

4.    Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. радио, 1970.

5.    Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. радио, 1973.

6.    Электроника ламп обратной волны / под ред. В.Н. Шевчика и Д.И. Трубецкова. Саратов: Изд.о СГУ. 1975.

7.    Рухадзе А.А. и др. Физика сильноточных релятивистских электронных пучков. М.: Атомиздат, 1980.

8.    Электронные приборы сверхвысоких частот / Под. ред. В.Н. Шевчика и М.А. Григорьева. Саратов: изд.о СГУ, 1983.

9.    Бедселл Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование. М.: Атомиздат, 1985.

10.Цимринг Ш.Е. Мазеры на циклотронном резонансе. Горький: изд.о Горьк. ун.-та, 1988.

11.Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. 2-е издание, М.: Наука, 1991.

12.Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Изд.о ГосУНЦ -Колледж-, 1996.

13.Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электроники для физиков. Том 1. М: Физматлит, 2003.