книги из ГПНТБ / Вайнштейн Л.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике
.pdfстранственного заряда существенно различаются между собой, поэтому синхро низироваться с волной в волноводе может только одна волна. Условие | г о означает, что медленная волна пространственного заряда имеет приблизительно ту же фазовую скорость, что и волноводная волна; при этом, как мы видели, воз
можно усиление. Соотношение а 2 |
= |
| 2 — 1/2£ при £ > 1 дает |
0 |
ж £, поэтому |
||
полученное выражение для % 2 |
согласуется с |
выражением, |
найденным |
при |
||
а > 1. |
|
|
|
|
|
|
При конечных о* (скажем, что |
при О < 0 < |
1) с волноводной |
волной |
син |
хронизируются обе волны пространственного заряда и кубическое уравнение нельзя свести к квадратному.
Учитывая слагаемое єАт|, вместо формулы (а) получаем формулу
2 = |
|
Е - с т |
|
|
|
где |
|
|
о = 0 |
+ єЛо ж о + |
єЛо2 . |
Таким образом, учет члена порядка є в характеристическом уравнении приводит при 0 > 1 к замене 0 на а, т. е. как бы к увеличению параметра про странственного заряда; отсюда и следуют выводы, сделанные в тексте.
11. Если комплексный параметр £ изменится на малую величину 6£, то корень уравнения (6.75) изменится на
8ri — —— б£.
1 d | 6
Полагая 6 | = т. е. рассматривая затухание синхронной волны как малое возмущение, учесть влияние затухания на корни характеристического уравне ния во всех случаях, исследованных в предыдущей задаче.
Р е ш е н и е . Из уравнения (6.75) получаем
dr\ |
|
|
i f — о 2 ( 1 + є Л г ) ) |
|
|
1 |
|
|||
dl |
|
ті2 —о2 (1-|-єЛї)) + |
(г1 — І)(2г| — еЛа2 ) |
|
1 — (т) — g)2 |
(2г) — єЛо2 ) |
||||
откуда |
вытекают |
следующие |
результаты: |
|
|
|
|
|||
1) дополнительное |
затухание |
поровну распределяется между тремя элект |
||||||||
ронными |
волнами: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
о%, 2 , з = |
«Е73; |
|
|
||
2) при больших | = | ' |
дополнительное затухание поровну распределяется |
|||||||||
между |
нарастающей и затухающей волнами |
( 6 г [ 1 2 = -g- |
так как |
|||||||
|
|
|
б т 1з = Г Т ^ Т • б т 1 і , 2 = |
|
|
Г |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 ± |
у 2 6 |
3 / 2 |
|
3) |
при 0 > |
1 имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
при д = |
0 и |
£' = о, |
т. |
е. в |
центре |
области |
усиления |
8гц,2 = ~?г~£" , |
дополнительное затухание распределяется так же, как в предыдущем случае;
140
4) при Л Ф 0 |
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I'— |
о— — єЛа2 |
|
6 і 1 ь 2 = |
|
11 |
, # = |
? |
/ 2 а |
|
|
2(1 |
— # 2 |
± і # | / Т ^ Р ) |
|
2 |
|
— вывод |
тот же, |
что в |
предыдущем |
случае. |
|
|
12. |
Написать |
и исследовать функцию г|>(г) для симметричных |
электронных |
волн пространственного заряда в пучке кругового сечения при слабом прост ранственном заряде, когда g = iq и q вещественно, и при сильном пространст венном заряде, когда g вещественно.
Р е ш е н и е . Для симметричных по азимуту ф электронных волн урав нение (6.20) принимает вид
Оно имеет решение
q(r) = DJ0(gr),
где постоянная D определяется условием нормировки (6.03), в данном случае принимающем вид
ь |
Ь |
b |
2п j ф (г) гАг = 2nD j J0 (gr) rdr = 2nD — J1 (gb) = 1.
о |
о |
|
откуда |
ib П = |
g J ° ( g r ) |
|
4 4 0 |
2nbJ1(gb) ' |
При вещественном g, т. е. при сильном пространственном заряде, функция
(г) максимальна при г = 0 и медленно убывает, осциллируя, при увеличении г; такое поведение Цэ (г) характерно для волн пространственного заряда. При мни мом g (g = iq, q > 0), т. е. при слабом пространственном заряде, мы имеем
|
|
|
|
• |
( г ) - |
Я 1 Л Ц Г ) |
|
|
|
(а) |
|
|
|
|
|
т |
1 |
|
2Шг (qb) |
|
|
к |
|
и поведение функции |
ф (г) |
иное: она минимальна |
при г — 0 и монотонно возра |
||||||||
стает при увеличении г, подобно составляющей Ez |
медленной симметричной вол |
||||||||||
ны в волноводе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13. Используя выражение для функции |
Грина G в круглом волноводе ра |
||||||||||
диуса а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fi = T |
S |
2 |
B m „ e ~ V m ? l |
а |
J m ( v m n — U m ( v m n - M c o s m f a _ ? ) , |
||||||
|
в n = i |
m=0 |
|
|
|
|
v |
a |
j |
\ |
a , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где v m n |
— положительные |
корни |
уравнения |
/ m ( v ) = |
0, a |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 ( 2 - 6 m e ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
>mn |
|
Vmn Jm+ |
1 (Vmn) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и_применяя формулу (а), полученную в предыдущей задаче, вычислить функции G(z), G(z) и Г(Л). Показать, что коэффициенты ряда для G(z) при п ->- <х> ведут себя^так же, как коэффициенты ряда для потенциальной энергии взаимодей ствия двух равномерно заряженных окружностей радиуса Ь, находящихся на расстоянии |z|, и вывести отсюда, а также непосредственной оценкой ряда, закон изменения G(z) при \г \ 0. Показать, что G(z) — положительная убывающая функция |z, | если функция г|; (г) вещественна.
Р е ш е н и е . Согласно формуле (6.56) получаем выражение
|
|
|
_ |
|
1 |
0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 ( г ) = — |
2 |
В0пС%е-*п\*\, |
|
|||||
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
gn = Von |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я |
qh |
(gn Ь) /х (<?&) ^ g n |
Ух (g n |
/3) / 0 (qf>) _ |
||||
|
C n = / i ( < ? 6 ) |
|
|
|
<?a + g„ |
|
|
|
|||
из уравнения |
(6.61)—выражение |
|
|
|
|
|
|
||||
|
rs |
|
S |
°° |
glBontie-Sn* |
|
(z |
|
|
||
|
G ( z ) = — |
|
2 |
|
> |
0), |
|||||
|
|
|
4 j |
t a n = l |
|
|
|
|
|
|
|
согласно которому |
G(z) |
есть действительно |
положительная убывающая функция |
||||||||
\г\, по крайней мере при вещественных q |
или вещественных g, т. е. при вещест |
||||||||||
венной функции Ч> |
величина |
|
|
|
|
|
|
||||
S |
= |
l£L |
|
/ і |
(gft) |
= |
4я_ |
|
У? |
(gb) |
|
|
|
q* |
II |
(qb) |
- l \ |
(qb) |
g* |
j |
\ (gb) |
+ jf (gb) " |
|
Согласно формуле |
(6.64) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Ала £ x |
h2 + g |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Если в исходном |
ряде для G мы ограничимся |
членами, у которых т — 0, |
|||||||||
и положим г — г = |
Ь, то полученный ряд |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Go ( г ) = 4 ~ |
S |
. *oWo(gnft) |
e - « n Iz I |
||||||
|
|
|
|
|
л = 1 |
|
|
|
|
|
сходится так же, как ряд для G(z): при п ->• оо отношение неосциллирующих ча
стей коэффициентов обоих рядов стремится к положительной константе. Поэтому при \г | -* оо обе функции имеют одинаковую особенность, и так как у G„(z) осо бенность логарифмическая (она пропорциональна \nbl\z\, как при взаимодейст вии двух окружностей или двух параллельных прямых в свободном простран стве), то и у G(z) — такая же особенность.
Непосредственно это можно показать так: при п -* оо мы имеем
и, |
заменяя функции |
Бесселя Jo(gnb) и Ji(gnb) |
их асимптотическими выражения |
||||
ми, |
приходим к ряду |
|
|
|
|
||
|
° ° |
|
— Л Я - І - І І |
, |
| 2 | |
|
|
|
2 |
е |
а |
^ |
— я — \ |
г а |
п р и л і г і ^ а |
|
|
; |
= — 1 п \ 1 — е |
а / « I n — • — — |
|||
|
„ = i |
|
L" |
|
|
L n \ z - \ |
|
и к другим рядам, которые при z = 0 сходятся и дают (вместе с начальными чле» нами ряда, которые нельзя заменить асимптотическими выражениями) некоторые конечные слагаемые, которые влияют на постоянные множители, стоящие под знаком логарифма.
142
14. В предыдущей задаче показано, что функция G(z) имеет при z -* О ло гарифмическую особенность. Исследовать этот вопрос для плоскопараллельного пучка в свободном пространстве, имеющего толщину 26 и бесконечную ширину. Воспользоваться тем, что потенциальная энергия двух заряженных нитей (с еди ничным зарядом на единицу длины каждой) равна — 21пг, где г — расстояние между нитями. Рассматривая пучок бесконечной ширины как предельный случай пучка конечной ширины 2а, при переходе к пределу а ->• оо изучить свойства
функции
G (z)= Um -— G(z) = lim |
— - G ( z « |
|
a-*oo о |
a->oo |
do |
Показать, что она имеет логарифмическую особенность при z ->• 0 и, монотонно
убывая |
с ростом | z |, стремится к нулю при | z | ->• |
оо. |
|
|
|||||||||
|
Р е ш е н и е . |
Функция G(z) |
определяется |
формулой |
(6.62), в которой Se |
||||||||
возьмем в виде прямоугольника (— а < |
х < а, |
— 6 < |
у |
< 6), положим S =• |
|||||||||
= |
4 ab |
и затем перейдем к пределу а -»• оо ; тогда получим функцию |
|||||||||||
|
|
|
|
W |
|
\ |
пл |
$2 |
|
|
|
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
— й |
* |
|
|
|
|
|
|
А Ь |
-ь |
- ь д |
|
у |
|
|
|
b -ь |
у |
G/-f-&)2 -fz2 |
||
и |
окончательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
Т / 4 6 2 + г 2 |
1 , |
26 |
|
|
|
||
|
|
0 ( |
г ) |
: |
= ^ 1 П |
^ Г " Ж |
^ 1 П 7 ^ |
п Р " | г | « 2 6 . |
|||||
С увеличением |
| z | функция G монотонно убывает, стремясь при | z | ->- оо к нулю. |
||||||||||||
|
15. |
В задаче 5 было введено полное сопротивление связи пучка с синхрон |
|||||||||||
ной волной. Эту величину можно представить в виде |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
к*=к1в, |
|
|
|
|
|
где Kg — сопротивление нитевидного пучка, на который |
действует синхронная |
||||||||||||
волна с напряженностью £ ° z |
[см. формулу (6.05)], а в — поправка на конечное |
сечение пучка. Считая, что цилиндрический пучок имеет радиус b и что электрон ная волна симметрична, вычислить величину в при слабом и сильном простран ственных зарядах, а также при равномерном распределении тока по сечению пучка.
Р е ш е н и е . Согласно формуле (6.53) и определению Ks в задаче 5
имеем
Располагая нитевидный пучок при г = 0 и учитывая, что (см. задачу 12)
из формул (6.06) и (6.55) получаем
- |
q |
hs 10 (gb) Л (hs |
b)-qh{qb) |
/0 (hsb) |
|
hl-q* |
|
I l { q b ) |
|
|
S |
4 |
l\(gb) |
|
q*b* r0{qb)-l{{qb)
При слабом |
пространственном |
заряде |
можно положить q ~ he |
^hs, |
||||||
и мы имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Є = |
/ 2 ( й е |
|
b)~l\(heb), |
|
|||
а при сильном |
пространственном |
заряде |
|
|
|
|
||||
|
|
4 |
[hs |
J0 |
(gb) Ix |
(ft. b) + |
gJx (gb) I„ (hs b)}* |
|
||
|
(hUg2)2b2 |
|
|
|
Jl(gb) |
+ |
J\(gb) |
|
||
При равномерном |
распределении |
тока, |
когда |
q = |
0, |
|
||||
|
|
|
|
|
I |
hsb |
J * |
|
|
|
В первом |
и последнем |
случаях |
в |
можно |
вычислять непосредственно |
по |
полученным формулам, а при сильном пространственном заряде надо еще знать зависимость g = g(h) или Г = T(h). Эта зависимость для волн пространственного заряда дана в приложении V; там же приведены численные значения в .
16. Написать соотношения, позволяющие дать полный «внутренний» рас чет лампы с бегущей волной, т. е. рассчитать поле <£(z) в конечном сечении лампы
по полю $(0) |
в начальном сечении (через c£(z) обозначена резонансная |
часть |
|||||||
усредненного |
поля |
Ег, |
т. е. без |
поля пространственного заряда). Учесть в по |
|||||
глощающей |
секции |
zx |
< z < |
z2 |
две волны пространственного |
заряда, |
а при |
||
0 < Z < 2 1 |
И Z > Z2 |
— три ЭЛеКТрОННЫе ВОЛНЫ. ПреДПОЛОЖИТЬ, ЧТО При Z = Zj |
|||||||
и z = z2 преобразование электронных волн в волны |
пространственного |
заряда |
|||||||
характеризуется комплексными |
коэффициентами Эх и |
82 (|6i | < |
1, 16а | < 1). |
Написать условие, при котором модуляцию пучка в поглощающей секции можно рассматривать без учета пространственного заряда.
Р е ш е н и е . |
На отрезке 0 < z |
< zx |
согласно формуле |
(6.52) |
можно на |
||||||||
писать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g ( z ) = g ( 0 ) M i e' A » z - f Л 2 е ' ' А « 2 - М 3 е ' А з г ] , |
|
|
|
||||||||
J(z) |
= |
AS |
[ ( A x _ A e ) A 1 ^ ' + |
|
|
|
(ht-ht)Aie:lh»'4-(hs-he)Aaelh'zl, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
Rs |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где hy, h2, h3 |
— корни |
|
характеристического |
уравнения (6.58) |
a Alt |
A2, |
A3 — |
||||||
постоянные, |
которые определяются из начальных условий |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Л і ф Л 2 + Л 3 = 1 , У ( 0 ) = 0 , 4 ^ ( 0 ) = 0, |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
причем два последних условия выражают тот факт, что в лампу поступает |
немо- |
||||||||||||
дулированный пучок. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
На отрезке zx |
< |
z |
< |
z2 имеем |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
/ ( z ) = S(0) |
|
[А+^+'+А-е"1-*], |
|
|
|
||||
|
|
— |
= |
*Ж (0) [h+ А+ е'Л + |
ft_ |
Л_ е *~2 ] , |
|
|
|
||||
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Л+ |
и /г_ определяются |
формулами |
(6.70), а постоянные Л + |
и А_ |
находятся |
||||||||
из двух |
условий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У(г1 + |
0) = |
9 1 |
У ( г 1 - 0 ) , ~ |
( г і + |
° ) = е |
і |
Ч~ ( z i - 0 ) . |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
dz |
|
|
|
|
причем полагать 6Х = |
|
1 можно лишь тогда, когда |
распределение переменного |
||||||||||
тока по сечению при z |
|
< Z j и z > zx |
одинаково; так будет в обоих |
предельных |
|||||||||
случаях |
— при слабом |
и при сильном пространственном заряде. Обычно |
перед |
144
поглощающей |
секцией |
имеет значение |
только нарастающая электронная |
волна |
||||||
с волновым числом hx |
и можно |
положить |
|
|
|
|
||||
|
Rs |
|
|
|
|
dz |
Rs |
|
|
|
При слабом пространственном заряде А+ |
и h_ близки к 1ге, и если выполняет |
|||||||||
ся условие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( А + - А _ ) ( г 2 - г і ) « 1, |
|
|
|
||||
то при zx < z |
< z 2 можно пользоваться более простыми |
выражениями |
|
|||||||
|
|
J(z)=cS(0) |
(A + Bz)eifle |
г , |
|
|
|
|||
|
|
dJ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— = % (0) [ihe |
А + В (1 -t ihe z)] elHe z |
, |
|
|
||||
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
соответствующими |
перемещению модуляции |
со скоростью |
ve; |
А и В — новые |
||||||
постоянные, определяемые из тех же условий. |
|
|
г <zly |
|||||||
На отрезке z |
> г 2 надо брать те же формулы, что и |
на отрезке |
||||||||
но надо взять новые постоянные Ах, |
А2, А3; |
они определятся |
из условий |
|
||||||
|
|
$ ( г 2 + 0) = 0, |
/ ( г 2 + О ) = 0 г . / ( г а — 0 ) , |
|
|
|||||
|
|
|
dJ |
|
п |
dJ |
|
|
|
|
|
|
|
— (г2 |
+ 0) = 9 |
2 — ( z 2 - 0 ) . |
|
|
|
||
|
|
|
dz |
|
|
dz |
|
|
|
|
В конечном сечении лампы обычно можно положить
Ч (г) = % (0) Ах e/ f t l Z .
17. Исследовать побочный механизм усиления в коротких лампах с бегу щей волной, применяя метод последовательных приближений. Для этого выве сти уравнения
|
|
d% J |
|
dJ |
|
, 2 |
ico о |
|
|
|
|
|
|
d'S |
', r„ |
Rs |
|
|
|
|
|
|
|
— —ihs'S=—£j, |
|
|
(6) |
||
связывающие переменный |
ток J{z) в пучке с усредненным резонансным полем |
||||||||
<£(z), введенным в задаче 16. В уравнение (а) входит величина |
|
|
|||||||
|
|
|
|
А , = ^ = |
yrhp. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ve |
|
|
|
причем зависимостью Г от Л мы пренебрегаем и под Г понимаем |
T(he). |
|
|||||||
|
Найти первое |
приближение, |
беря |
в качестве нулевого |
приближения |
||||
|
|
|
|
« ( г ) = » ( 0 ) е * * а |
|
(с) |
|||
и немодулированный пучок, и проанализировать его. Воспользоваться |
решения |
||||||||
ми |
задач |
1 и 16; считать, что поле |
|
действует на пучок при z > 0. |
|
||||
|
Р е ш е н и е . |
Умножая уравнение |
(Ь) задачи 1 для временной |
зависимо |
|||||
сти |
e~'0}t |
на і|з (х, (/), интегрируя и пользуясь формулой (6.52), получаем уравне |
|||||||
ние |
(а); уравнение |
(b) непосредственно следует из той же формулы (6.52). |
|||||||
|
Уравнение (6) имеет решение |
|
|
|
|
||||
|
|
8(2) = |
» < о ) — |
|
|
e''A sг , |
|
ф') |
а уравнение (а) также решается, если известна правая часть; поскольку соответ ствующее однородное уравнение имеет общее решение
J |
(z) = A + e h + z - ^ |
Л _ e h - Z, |
h± = |
he±hq,\ |
неоднородное уравнение при подстановке (с) решается в виде |
||||
ш |
ift. |
2 |
|
/А |
J(z)= — hp |
(0) |
|
2hq(hs—h+) |
2hq{hs— hj) _ |
4л |
( А , — А + ) ( А , — А _ ) |
где первое слагаемое в квадратной скобке есть частное решение неоднородного уравнения (а), а два других слагаемых—решения однородного уравнения, в которых А+ и Л_ подобраны из условий
|
|
У ( 0 ) = 0 . |
dJ |
(0) = 0. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя полученный ток в формулу (6'), получаем |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
# ( z ) = # ( 0 ) F ( z ) e |
/А. z |
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
ih\ |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
( A S - A + ) ( A S — А _ ) |
2А4 |
|
( А . - А + ) 2 |
|
|
( А , - А _ ) 2 |
|||||||
Поскольку согласно формулам |
(6.73)—(6.75) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ft+ = A e ( l + e a ) . |
A_ = |
A e ( l — e i ) , |
As |
= Ae |
(1 -4>е|), |
А, = he |
го. |
|
|||||
то, вводя обозначение (см. 7-ю лекцию) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
будем иметь |
|
|
£ = eA e z, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l _ e - ' № - f f > |
С |
l _ |
e |
- '<Б + а> E |
|
|
||||
F ( Z ) = 1 |
g ° - a 2 |
2ст |
|
( І - о ) а |
|
|
|
(g Ф-ст)2 |
|
|
|
||
при вещественных |
4 |
1 |
1-cos |
( g - a ) g |
1 - cos |
(g-f-cQg |
|
|
|||||
|
|
|
|
||||||||||
R e F ( z ) = l + |
2a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і |
sin (g— a)g |
|
sin(g-fo-) |
£ |
|
|
||||
I m F ( z ) = - ; |
'—a2 |
2cr |
|
|
|
|
|
(g + |
o)2 |
|
|
|
|
Абсолютная величина f(z) может быть как больше единицы, |
так |
и |
меньше. |
||||||||||
Вводя энергию при z = 0 и извлекая |
ее при данном г, |
в первом случае |
находим |
||||||||||
усиление, во втором — ослабление. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя полученное выражение для <£(z) в уравнение (а) и решая его, получаем второе приближение для J(z), которое с помощью формулы (А') позво
ляет найти Щг) во втором приближении, и т.д. Как известно, построение |
после |
||||||||||
довательных |
приближений |
по этому |
методу |
(метод Пикара) в пределе |
всегда |
||||||
приводит |
к точному |
решению, однако применимость первого или второго при |
|||||||||
ближения |
ограничена небольшими значениями £, т. е. они позволяют рассчиты |
||||||||||
вать сравнительно короткие |
лампы, |
в которых небольшое усиление может и не |
|||||||||
быть связано с условием (6.78), а имеет по существу интерференционный |
харак |
||||||||||
тер. Неприменимость |
первого приближения при больших |
£ очевидна, |
если рас |
||||||||
смотреть случай, когда выполняется |
условие (6.78) и 4§{z) |
возрастает |
экспонен |
||||||||
циально: ни |
первое, |
ни второе приближения |
этого возрастания |
не передают. |
|||||||
18. Обобщить уравнение (а) и |
все результаты, полученные |
в |
предыду |
||||||||
щей задаче, |
учитывая зависимость |
Г(А) согласно формуле (6.68), которую |
удоб |
||||||||
нее переписать в виде |
|
/ |
A— he |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Г(А) = Г(Ав ) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1-f А — — ~ |
|
|
|
|
Преобразовать уравнения (а) и (Ь) предыдущей задачи к безразмерным величи нам £, а, £ и т. д . , введенным при анализе ее решения, для чего перейти к медлен
но меняющимся функциям |
и <£°(£) |
по формулам |
||||
|
J(z)= |
J°£)eiheZ, |
» ( * ) = » • (С) e'*e *. |
|||
Р е ш е н и е . |
Вместо уравнения (а) задачи |
17 получается уравнение |
||||
d |
|
ІА і |
d — ihe |
\ |
J |
|
|
|
— |
- |
6 |
I |
4 я |
|
|
he Л |
|
|||
|
|
гЛ |
dJ<> |
|
|
|
|
|
he |
dz j |
|
4 я |
|
а вместо уравнения |
(6) |
|
|
|
|
|
|
d%<>-i(he-hs)c£° |
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
Если перейти к переменной £ и ввести для сокращения письма обозначение |
|||||
|
|
2&he |
- ^° (С). |
|
|
|
F° (С) = - т г 2 |
|
|||
то мы получим систему |
уравнении |
|
|
|
|
d2 |
/о |
— (єЛ |
<£/<> |
= — i f , |
(a) |
d£ |
2 ^ |
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
-ilF°=—J°, |
|
(6) |
|
приводящую (если искать ее решения, пропорциональные |
е( Г | ^) к характеристи |
ческому уравнению (6.75). Если же решать ее методом последовательных прибли
жений, то нужно |
прежде |
всего учесть, что однородное |
уравнение (а) имеет об |
|
щее решение |
|
|
|
|
|
|
|
."1. |
|
где |
|
|
|
|
Т] , = ± о |
|
|
еЛа 2 |
|
1 + |
|
±ст + - |
||
а если в правую часть (а) подставить нулевое приближение |
||||
|
|
f 0 (С) = F 0 (0) е*«, |
|
|
то в первом приближении |
|
|
|
|
|
|
|
'1-і |
|
J°(Q = iF° (0) |
(Є—ч+) (Е—ч_) |
[ ( т ] + - т ] - ) ( 1 - т н ) |
( t i + - T i - ) ( E - T i - ) J |
|
|
||||
|
|
fo (о) _ |
J /o(g ) e - ' i f d ? |
|
= |
F°(0) {1 |
1 |
||
|
X |
|||
|
1 _ е - ' ( 6 - ч + ) С |
1 - е - 1 * - " - " |
ill |
|
|
|
|
|
(l-ц-)2
19. Предположим, что ток пучка увеличивается при постоянстве формы пучка, частоты, коэффициента депрессии Г, коэффициента связи К (см. задачу 8), причем скорость ve при данном токе слегка изменяется так, чтобы нарастающая электронная волна давала максимальное усиление. Как это усиление зависит от тока при слабом и сильном пространственном заряде? Учесть, что плотность тока входит лишь в безразмерный параметр
2 |
, 2 |
сор |
пр |
и воспользоваться решением задачи 10. |
|
Р е ш е н и е . |
Параметр % пропорционален постоянной плотности заряда |
|||||||
и, следовательно, току пучка; параметр усиления пропорционален X1/3; |
параметр |
|||||||
пространственного |
заряда |
о пропорционален |
%V6 - Амплитуда нарастающей |
|||||
электронной волны зависит от z по закону е |
|
e Z , где he практически постоян |
||||||
но. При сг < |
1 величина |
— і]" практически |
не зависит от х, поэтому |
произведе |
||||
ние —г)"є пропорционально |
X 1 / 8 - При а > |
1 |
величина —т)" обратно пропор |
|||||
циональна |
У а, |
т. е. X 1 / 1 2 , |
поэтому произведение —T|"s пропорционально х 1 / 4 , |
|||||
т. е. с увеличением тока возрастает более медленно. |
|
|||||||
20. Обобщить интегральное уравнение (6.18) и характеристическое урав |
||||||||
нение (6.23) |
на случай, |
когда |
|
|
|
|||
|
|
ре |
= |
ре(х, у) и ve = |
ve (х, у) > 0. |
|
||
Показать, что при ve — const и переменной |
плотности ре получается |
уравнение |
того же типа, что и уравнения (6.58) и (6.75). Воспользоваться решением задачи 1.
|
Р е ш е н и е . |
Из вывода уравнения (6) в задаче 1 видно, что оно, равно |
как |
и вытекающее |
из него соотношение (6.13), справедливо и в случае, когда ре |
и ve, |
а следовательно hp и he, зависят от х и у. Электродинамические соотношения |
не зависят от предположений относительно р е и ve, |
поэтому интегральное урав |
|
нение (6.18) справедливо с тем же ядром (6.19), в котором |
||
hP = hp(x,y) |
и Ле = Л е (х, |
у); |
ядро уж е не симметрично. Для того, чтобы сделать его симметричным, положим
-h — he(x,y) hp(x, у)
~ |
L\ |
h — he(x, |
у) |
К (х, у; |
х, у; h) = |
v |
у) |
|
|
hp (х, |
hp {х, |
у) |
. |
s |
|
— |
, |
|
, К {х, у; х, у; |
h), |
h—he |
{х, |
у) |
|
тогда функция г|> будет удовлетворять интегральному уравнению
$ (х, у) + ^ К {х, у; х, 7; А) ^ (х, у) dS= 0
с симметричным ядром К- Стационарное |
характеристическое уравнение имеет |
|||
вид £(А, -ф] = 0, где |
|
|
|
|
Е (Л, Щ = |
^ гр (х, У) dS+§K |
(х, |
у; х, ~у\h) Ц (х, у) $ (х, у) |
dS dS. |
Если ve = |
const, то he = const |
и |
знаменатели резонансных |
слагаемых |
(h — he)z и h — hs будут такие же, как и раньше. Поэтому получится аналогич ное характеристическое уравнение.
|
|
СП ИС ОК ЛИТЕРАТУРЫ К 6-й ЛЕКЦИИ |
|
|
|
|
|||
1. |
A. N o r d s i e c k . |
Proc. I R E , 1953, v. 41, № |
5, |
p. 630—637. |
|
|
|||
2. |
Л. А. |
В а й H ш T e й H. |
Электронные |
волны |
в |
замедляющих |
системах. |
||
|
Ч. I. Общая теория. |
Ч. I I . Конкретные |
задачи. |
ЖТФ, 1956, |
т. 26, |
№ 1, |
|||
|
стр. 126—140, 141 — 148. |
|
|
|
|
|
|
||
3. |
В. А. С о л н ц е в . |
О силах, действующих на электронный пучок в |
лампе |
||||||
|
с бегущей волной. ЖТФ, 1968, т. 38, № 1, стр. 109—117. |
|
|
||||||
4. |
В. Н. |
Ш е в ч и к , |
Д . |
И. Т р у б е ц к о в . |
Аналитические методы |
||||
|
расчета в электронике СВЧ. Изд-во «Советское радио», 1970 (гл. I I I ) . |
|
5.В. А. С о л н ц е в. О решении характеристического уравнения ЛБ В при большом параметре пространственного заряда. «Радиотехника и электро ника», 1966, т. 11, № 1, стр. 68—74.