Повільні хвилі та сповільнюючі системи

В хвилеводах для хвиль типу і завжди була більшою ніж швидкість світла в тому ж середовищі:

Розглянемо повільні хвилі і сповільнюючі системи( коли ):

В електровакуумних мікрохвильових приладах маємо систему, в якій поширюється пучок електронів з і електромагнітна хвиля (ЕМХ) з . Вони взаємодіють між собою і електромагнітна хвиля то прискорює електрони, то гальмує їх:

ЕМХ:

:

- це буде завжди, як би ми їх не розганяли (обмеження Ейнштейна).

Ефективна взаємодія електромагнітної хвилі і пучка електронів буде при умові:

Значить повинно бути менше швидкості світла . Тому хвилеводи для цього не годяться (в них ).

Тому пристрої, в яких , називають сповільнюючими.

Швидкості електронів при напрузі н6а електродах: будуть . В таких межах повинна бути і фазова швидкість .

Один із розв’язків задачі, в якій , це заповнення хвилеводу діелектриком з діелектричною проникністю :

Але погано те, що в такий хвилевод важко запустити електрони (Можна зробити щілину і запустити туди електрони, але: 1) вони будуть осідати на діелектрику і буде змінюватися картина електростатичного поля; 2) за рахунок розпаду діелектрика виділяється газ, що робить неможливим збереження вакууму):

хвилевід

“-”K e “+”A

діелектрик

Тому застосовують такі пристрої: лампа біжучої хвилі (ЛБХ)

2a

“-“ К А “+”

s

Потужність ЕМХ: P₁ P₂>P₁

Швидкість електронів по спіралі(якщо ми знаходимось в системі координат, зв’язаного з спіраллю) дорівнює швидкості світла. А швидкість електромагнітної хвилі вздовж спіралі – менша швидкості світла. Фазова швидкість визначається розмірами системи: діаметром витка 2a і шагом спіралі s .

Фазова швидкість менша швидкості світла у стільки разів, у скільки гіпотенуза більша

катета s:

s

Коефіцієнт сповільнення:

;

;

.

Повинні виконуватись крайові умови на металевій поверхні і на спіралі, (це потрібно для розв’язку хвильових рівнянь). Будуть і прямі, і зворотні, і прискорені типи хвиль. Електромагнітний пучок взаємодіє тільки з тією хвилею, для якої виконується умова:

;

Електромагнітна хвиля типу Т з потужністю P₁ входить в клістрон і при поширенні в ньому має повздовжні складові За рахунок і ми можемо вибрати параметри системи (напругу на аноді) так, що поле буде гальмуючим для електронів і вони будуть віддавати енергію електромагнітній хвилі, яка буде підсилюватись. Електрони віддавши енергію осідатимуть на аноді.

Для того ,щоб не було збудження в ЛБХ роблять поглинаючі вставки 1 (щоб зменшувати підсилення), або невзаємні феритові пристрої 2 :

2

1

Якщо ми маємо не пряму , а зворотню хвилю ( в одному напрямку, а згустки електронів в іншому), електромагнітна хвиля виникає внаслідок флуктуацій біля аноду (за рахунок теплового руху електронів). Електрони віддають енергію електромагнітній хвилі і при наближення до виходу (до катоду) енергія її зростає.

2a

“-“ К А “+”

s

закоротка

P_НВЧ