Способ умножения частоты электромагнитного излучения
Изобретение касается генерирования электромагнитного излучения. Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления и упрощение реализации способа. В предлагаемом способе процесс взаимодействия происходит в регулярном волноводе, причем энергетическая эффективность отражения определяется соотношением между скоростью сгустка и групповой скоростью волны, падающей на сгусток, и может быть увеличена на несколько порядков путем варьирования параметров волновода или частоты падающей волны. 5 ил.
СО»ОЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (!1) (ц)5 Н 01 25/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H sxordsovv свид л т м
2AP +Рг г ф р где плазмы, с — скорость света, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4381876/24-21 (22) 08.01.88 (46) 23.10.90. Бюл. 1"- 39 (72) Н.A. Хижняк, А,Г. Нерух и Т.Р. Шаворыкина (53) 621.385.6(088.8) (56) Канавец В.И., Кубарев А.B., Черепенин В.А. Рассеяние электромаг. нитной волны на релятивистском электронном потоке. — ЖТФ, 1977, т. 47, Р 12, с. 2472-2476. Загороднов О.Г., Файнберг Я.Б., Егоров А.H. Об отражении электромагнитной волны от плазмы движущейся в волноводах медленных волн. — 7(ТФ, 1960, т. 38, И - 1, с, 7-9.
Изобретет(ие относится х области генерирования электромагнитного излучения и может быть использовано в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне электромагнитных волн.
Цель изобретения — увеличение коэффициента усиления и упрощение реализации способа.
В.излагаемом способе процесс взаимодействия происходит в регулярном волноводе, причем энергическая эффективность отражения определяется соотношением между скоростью сгустка и групповой скоростью волны, падающей на сгусток, и может быть увеличена на несколько порядков путем варьирования параметров волновода или частоты падающей волны, Сущность спосо ба состоит в том, что при отражении электромагнитной волны от фронта
2 (54) СПОСОБ У»»»»ОЖЕ»»»»Я ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРО»»АГ»»»»Т»»ОГО»»ЗЛУЧЕ»»»»Я (57) Изобретение касается генерирования электромагнитного излучения. Цель изобретения — увеличение коэффициента усиления и упрощение реализации способа. В предлагаемом способе процесс взаимодействия происходит в регулярном полноводе, причем энергетическая эффективность отражения определяется соотношением между скоростью сгустка и групповой скоростью волны, падающей на сгусток, и может быть увелнчина на несколько порядков путем варьирования параметров волновода или частоты падающей волнь|.
5 ил. движущегося плазменного сгустка в волноводе коз< нфи1;лент умножения частоты определяется формулой
1=. у скорость движения с дг полноводный фактор, (г
63к — критическая частота волновода для дачной моды колебаний.
На фиг. 1 показана зависимость коэффициента усиления от относительной скорости плазмы; на фиг. 2-4 зависимости различных параметров от волноводного фактора; на фиг.5 - блоксхема системы для реализапии способа.
1601655 (2) (i1 е где о = — — (,) — ленгмюровская у Е тор; (v,+ )/3; (4) толщина сгустка н лабораторной системе отсчета; коэффициент усиления полубесконечного сгустка, равный (1 -Я )9+ 2Р ф (1+ 2 + P ) (р1
Е О
ЗО г — — — 03
4 siII2 (у (g г — 1 р а) (1 (q цг 1) 1 2+4(q 4q2 1) 1- siII2 ((p q2 — 1 ) 3 а ч5 ) ся к нулю, тогда как групповая скорость отраженной волны остается отличной от нуля, Таким образом, то обстоятельство, что величина коэффициента усиления определяется величиной групповой, а не фазоной скорости, как это имеет место в известном способе, дает возможность эффективно регулировать усиление электромагнитной волны, достигающего нескольких порядков, при заданном коэффициенте умножения частоты, Преимущество способа заключается также и том, что коэффициент умножеО ния частоты P определяется в основном величиной скорости движения плазмы и слабо зависит от величины волноводного фактора )1. Поэтому при заданН0М значении Г зависимость скорос-. ти плазмы от р, определяемая следующей из (1) формулой
„ рг + i))2
v ..= =с (7)
Р + 1
В 10 .,.)с12 -. 1 ) (,< р
Способ осуществляют следующим обРЯЗОМ в
Задающий генератор 1 (фиг. 5) через устройство 2 вводя-вывода возбуждает в регулярном волноводе 3 волну эа))анно&1 мОДы КОлебаний с Определенной частотой„ Источник 4 плазменных сГусткОн н этО же Бремя формирэует п))азменк)р1Й сГусток 5 с- задЯнными пара-1О метрами, движущийся по волноноду 3 навстречу валке. Падающая на этот
0) yI ток волна при отражении претерпевает изменение по частоте и амплитуде, Отраженная волна с изменившими- 15 ся )Ia saäaííóþ неличину частотой и амплитудой через устройство 2 вводань)но)ра поступает ц нагрузку
)р сл Уч а е. Миллим е т Р О в 0 "-" О Ди Яп а 3 О н а вол: н качестве нолноноца 3 можно 20 использовать стандартный металличесK>if1 нОлнОНОд прямо ГО )ьного иг1и круг логи сечения с размерами, соответстBу1Ощими этому диапазону НОлн с В ка честне задаю)цего генератора 1 могут б)л r ь использ Онаны клистлон р м21 Гнет ран или П)ВВ, н качестве источника 4 плазменных сгустков — ускоритель заэяж(ч)п>т :Г частиц, у сTp0éñTI)0ì )знода вывода 2 может служить фильтр СВ11, При . „--. ..P
Численное исследование зависимости коэ1. - . ;Нциента силеш)я от скорости с -ур-, ка 1) g)i раэнь)х значениях пара —.
:.ЕТРОН )Э р 1) И а ПОНЯ=-ЫНЯЕТ, ЧтО Кан6 огнь)11его значения R дости) ает вблизи с" Оpог" 1 " )p 1 этом 3,)а÷eн)1)2 ceOpoct ти гя) . рмет)i q 1 ) Такой характер проне-.;.:1>1))я 1-, присущ как сгустку ког .р .
)ге-)пой тол)1)э)кыр так и погубесконечно;,1 г Сгс,-; т <У 1РЛЯ 110) 000)" 0 ИЛЛЮ1- ) РЯРУЮщ)1е;др)гн )е 1)р))над е))ы )я 11)иг, i1 )р рг э, "х кривых видно, что при
Ус))ле))не бОлсе эффектиннОр чем пРИ реля! ин)10 тских ск01эостях (/э 1) . Эта
Эд)ф ктнННОСТЬ "-НЯЧИтЕЛЬНО ВОЗРаСтаЕт лрп малых "-качениях нслноноднoro фаг -pa ф и голожи-.ельпых значениях критической скорости (,. В пределе
Р.--);:,э 1)ри. I), 20 н ) -р О.„ что янляется
1.".,!1ер". TBII=:и того р что I)PB h О ГРУП новая скорость падающей волны стремитразделяющий частоты падающей и отраженной волн.
Энергетический коэффициент усиления определяется разными выражениями н зависимости от величины скорости сгустка по сравнению с критической скоростью частота плазмы.
При P < (), коэффициент усиления Р. равен (i3
R=R (|) з?)г (f3 1 — q -- а) с
4qг (1-q2 )+sh2 () -)1-q О (3) с
1 где = --р==- — релятивисткий фак11- 2
5 160 будет слабой во всей области. изменения 9, . Примеры такой зависимости приведены на фиг. 2. Следовательно, при заданной величине коэффициента умножения частоты путем варьирования волноводного фактора можно очень сильно менять величину коэффициента усиления, увеличивая ее на несколько порядков. Зависимость максимального значения R от h при заданном значении P для случая полубесконечного сгустка приведена на фиг. 3. Значение плазменного параметра о, определенное при условии максимума Р по формуле (2), при заданном P а следователь но, и Р также зависит от g, примеры чего показаны ка фиг. 4.
Таким образом, реализацию способа на примере полубесконечного сгустка можно описать следующим образом. По заданным значениям коэффициента умножения частоты P и коэффициента усиления R по формулам (1) и (5) определяются скорость плазмы v и волконодный фактор ф . Из выражения (4) при условии максимума R, т.е. при q = 1, определяется величина плазменной частоты 0 <. Таким образом
Г2 л=P
R2 — Р2 (8) 1655 6 нению с известным способом отказаться от использования специальных замедляющих структур и достигнуть эффективного умножения частоты, т ° е. полу5 чить при заданном коэффициенте умножения частоты значения величины коэффициента усиления, достигающие нескольких порядков.
1О формула изобретения
Способ умножения частоты электромагнитного излучения, включающий взаимодействие электромагнитной волны с движущимся навстречу ей плазменным сгустком, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэф{рициекта усиления и упрощения реализа20 ции способа, процесс взаимодействия осущсствляют В регулярном волководе, прк этом параметры во1п{овода и плазме11кого сгустка выбирают в соответствии с выражениями
Р2 — 1 и
Я2 Р2 (К вЂ” Г)(Р = 1) 1{г г, {г + ll
ЗО ь+ r
Я 11
{.гЭ
Уе h +( — чс г- (10?И .)1= 3
7"
Так как согласно (5) при Р О выполняется неравенство R 2, то значение {{, определенное по формуле (8), не превьп{{ает единицы, Использование предлагаемого способа умножения частоты при о1ражекни волны от движущегося плазмеккого сгустка В ВолкОВОде позвох{яет по срав{.{,à — (г,1, 1 2 .
P — коэф{{я{ц1 =-кт умножения часг,—
I
Ые
{„1
V с тоты; коэ{{1{411д11е1{т усиления волны;
° /, ле1-.гмюровская (плазменная) астот» сг-,стяг, рад/с; частот» падающей волны, р p/{ -Ф
КР11тнг{ЕСКВЯ ЧаотО,. ВОЛК".— вода. рад/с: скорость спустя:i, и/с;
I скорост;- с1{ета, и; с.! 601655
- Олнасигиельная скорость алозмы
I-r= r; Л=ОО/; 2-&/; Л=05,5-r=r>4=001
R гав о 0,5
Воянободньй cpamop
О 0,5 олкабодн и Рпкс
Rue. 2 ъ 80
60 с
И а фо
Э
О о
В
Еи дОО
Волно8одный сра, гпор
Ума 4
Составитель В, Черепенин
Редактор Е. Папп Техред М.Ходанич Корректор 1. Иаксимишинец
Заказ 3273 Тираж 399 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
