Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Вайнштейн Л.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике

.pdf
Скачиваний:
40
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.18 Mб
Скачать

странственного 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)) +

1 — 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

 

г (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 | -* 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 д

 

у

 

 

 

b

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 е, 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

 

J(z)= — hp

(0)

 

2hq(hs—h+)

2hq{hs— hj) _

( 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 _ )

4

 

( 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).

 

 

(С) = - т г 2

 

то мы получим систему

уравнении

 

 

 

 

d2

— (єЛ

<£/<>

= — i f ,

(a)

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.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ