ВОЛНЫ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ И ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА

It is shown that charge conservation law, which is the fundamental postulate of the electromagnetic theory, follow from space-time waves conception.Показано, что закон сохранения заряда, являющийся основным постулатом электромагнитной теории, вытекает из концепции волн пространства-времени

КОРРЕКЦИЯ УРАВНЕНИЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОЛЫХ ВОЛНОВОДОВ

The traditional excitation equations are based at the representation of excitating by extraneous sources field in form the sum of own waves TE ( H ) and TM ( E ) of the hollow waveguide, which transverses components form the complete basis in class of transverses vectors of section this waveguide. However in the sources area (longitudinal sonde, electron beam) the waveguide is not hollow and in this area exist potential transverse electric field. The transverse electric field expand the bases of E and H waves. This is not taken into account in the traditional excitation equations. In this paper the necessary correction of the excitation equations in sources area is performed.Традиционные уравнения возбуждения основаны на представлении возбуждаемого сторонними источниками поля в виде суммы собственных волн TE и TM полого волновода, поперечные составляющие которых образуют полную систему в классе поперечных векторов сечения указанного волновода. Однако в области источников (продольный штырь, электронный поток) волновод оказывается не полым и в этой области существует потенциальное поперечное электрическое поле. Поперечное электрическое поле дополняет базис TE и TM волн, что не учитывается в традиционных уравнениях возбуждения. В статье проведена необходимая коррекция уравнений возбуждения в области источников

Spherotron Tuning in the Centimeter Range

Эффект появления систематической составляющей (торможения и ускорения) при несинхронном взаимодействии электронов с неоднородным электромагнитным полем представляет не только академический интерес (как новое физическое явление), но и может найти практическое использование в специальных генераторах СВЧ различных диапазонов. Ранее были предложены приборы такого типа: коаксиальный диодный генератор-диотрон и сферотрон на двусферическом резонаторе. Наряду с некоторыми преимуществами эти приборы обладают существенным недостатком: перестройка по частоте таких генераторов затруднена из-за фиксированного заданной геометрией резонатора типа колебаний. В настоящей статье предложен и проанализирован новый тип сферотрона, резонатор которого состоит из отрезка коаксиальной линии, нагруженной на двусферическую емкость, в которой происходит взаимодействие радиально сходящихся электронных пучков с возрастающим радиальным электрическим полем резонатора. В коаксиальной линии (индуктивная составляющая резонатора) расположен трансформатор полных сопротивлений, состоящий из подвижных четвертьволновых шайб. Его перемещение меняет частоту резонатора, а взаимное сближение или расхождение – связь с нагрузкой. Коаксиальная линия через штырь связана с выходным волноводом. Расчет предложенного сферотрона показал возможность достижения КПД до 30 % и перестройки в полосе 30 % при изменении ускоряющего напряжения V0 = 1,12 кВ. Такой тип генератора востребован в специальных (малогабаритных) системах связи, доплеровской радиолокации, радиоэлектронной борьбы сперестройкой частоты, в биохимических исследованиях и технологиях, в биологических исследованиях, в молекулярном синтезе.The effect of the systematic component appearance (deceleration and acceleration) during asynchronous electron interaction with an inhomogeneous electromagnetic field suggests not only the academic interest (as a new physical phenomenon), but can also have practical usage in special microwave generators of various ranges. Earlier, the following types of devices were proposed: a coaxial diode generator-diotron and a spherotron based on a two-spherical resonator. Along with some advantages, these devices have a significant disadvantage: the frequency tuning of such generators is difficult due to the fixed resonator oscillation type by the given geometry. This article proposes and analyzes a new type of spherotron, the resonator of which consists of a coaxial line segment loaded on a two-spherical capacitor, in which the interaction between radially converging electron beams and an increasing radial electric field of the resonator run. In the coaxial line (the inductive resonator component) there is an impedance transformer (adjustable waveguide transformer with two dielectric plates) consisting of movable quarter-wave washers. Their movement togather changes the resonator frequency and the mutual moving towards and away from each other is the relation with the load. The coaxial line is connected by the pin to the output waveguide. The proposed spherotron calculation showed the possibility of achieving an efficiency of up 30 % and being tuned in the given band of up 30 % with changing the accelerating voltage V0 = 1.12 V. This generator type is demanded in special (small-sized) communication systems, Doppler radar, electronic warfare with frequency tuning, in biochemical research and technology, in biological research, and in molecular synthesis

Гелитрон: работа на высоких гармониках орбитальной частоты и режим фазовой селекции электронов

The possibilities of improving the output characteristics of the helitron in two directions have been studied – increasing the efficiency in the phase selection mode of electrons and increasing the operating frequency through the use of a multi-lamella electrodynamic system (increasing the azimuthal index n of the operating mode). The results obtained during the experiments indicate the unique capabilities of the helitron at very high harmonics of the electron orbital frequency: up to n = 96, the device has an acceptable efficiency for low-power generators in the electron phase selection mode. This opens up prospects for using such a generator in the millimeter wavelength range. However, in this range, instead of a high-frequency multi-lamella line, an azimuthally corrugated rod with a depth of longitudinal grooves ∆r = λ/4 should be used. This is most effective in providing thermal conditions.Исследованы возможности улучшения выходных характеристик гелитрона в двух направлениях – повышение КПД в режиме фазовой селекции электронов и увеличение рабочей частоты за счет использования многоламельной электродинамической системы (увеличение азимутального индекса n рабочей моды). Полученные в процессе экспериментов результаты свидетельствуют об уникальных возможностях работы гелитрона на очень высоких гармониках орбитальной частоты электронов: вплоть до n = 96 прибор имеет приемлемый КПД для генераторов малой мощности в режиме фазовой селекции электронов. Это открывает перспективы применения подобного генератора в миллиметровом диапазоне длин волн. Однако в данном диапазоне следует вместо высокочастотной многоламельной линии использовать азимутально гофрированный стержень с глубиной продольных канавок ∆r = λ/4. Это наиболее эффективно в обеспечении теплового режима

Унимодальный электрический двигатель-генератор

The commissioning of nuclear power plants in Belarus sets out wide tasking for the efficient usage of electrical energy in various electrical systems, instruments and devices. Specifically, it concerns the stationary and special-purpose electric motors. At present, they use bipolar motors with a collector – the switch of the motor armature windings during its rotation. However, there is a completely different type of motors that does not require a collector – the unipolar electric motor-generator. Some of its properties allow it to be used where the commutator motor is unsuitable, for example, in explosive and fire hazardous environments (sparking on the collector is unacceptable), in precision devices where extreme smoothness and vibration lack are required, etc. Physico-mathematical foundations of the unipolar motor-generator (moving media electrodynamics, Lorentz force, unipolar induction, magnetohydrodynamics) are described in a number of monographs and textbooks, for example, in [1–4]. The purpose of this article is to pay attention to the technical feasibility of the unipolar motor-generator in a design with separated conductors in the rotor drum.Введение в строй АЭС в Беларуси ставит широкий круг задач по эффективному использованию электрической энергии в различних электрических системах, приборах и устройствах. Особенно это относится к развитию и совершенствованию электродвигателей – стационарных, транспортных и специального назначения. В настоящее время используются двуполярные двигатели, имеющие коллектор – переключатель обмоток якоря двигателя при его вращении. Однако существует совершенно другой тип двигателя, не требующий коллектора – униполярный электрический двигательгенератор. Некоторые свойства данного двигателя позволяют использовать его там, где коллекторный двигатель непригоден, например, во взрывоопасных и пожароопасных средах (искрение на коллекторе недопустимо), в прецизионных устройствах, где необходима предельная плавность хода и отсутствие вибрации и т. д. Физико-математические основы униполярного двигателя-генератора (электродинамика движущихся сред, сила Лоренца, униполярная индукция, магнитная гидродинамика) изложены во многих монографиях и учебниках, например, в [1–4]. Задача настоящей статьи – обратить внимание на техническую реализуемость униполярного двигателя-генератора в конструкции с разделенными проводниками в барабане ротора

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МОДИФИКАЦИИ ГИРОРЕЗОНАНСНЫХ ПРИБОРОВ

The perspective gyro-resonance modifications were considered - pulsed gyro-TWT, gyro-TWT at electromagnetic super radiating mode, cascaded gyro-TWT with a corrugated waveguide, broadband gyro-amplifier with a conical waveguide, high-orbit gyrotron with a peniotron cavity, gyroklystron with conical coaxial cavities, gyroklystron with Fabry-Perot cavities, low-voltage gyroklystron and gyrotron with an inhomogeneous magnetic field.Рассмотрены перспективные модификации гирорезонансных приборов - импульсная гиро-ЛБВ, гиро-ЛБВ в режиме сверхизлучения, каскадная гиро-ЛБВ на гофрированном волноводе, широкополосный гироусилитель на коническом волноводе, высокоорбитный гиротрон на пениотронном резонаторе, гироклистрон на конических коаксиальных резонаторах, гироклистрон на резонаторах Фабри-Перо, низковольтные гироклистрон и гиротрон с неоднородным магнитным полем

ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В КЛИНОТРОНАХ ПРИ ОСАЖДЕНИИ НА ПОВЕРХНОСТЬ ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

It is shown necessary taking into account the clinotron electron radiation while running into the surface of slow-wave structure. The formulas Eq, Hj of the total clinotron electron radiation for the nonrelativistic version are presented.Показано, что при расчете клинотронов следует учитывать излучение электронов, осаждаемых на поверхность замедляющей системы. Приведены формулы Eq, Hj полного излучения электрона в нерелятивистском варианте клинотрона

Улучшенная и упрощенная конструкция резонатора релятивистского гелитрона

One of the main trends in microwave electronics is the ultra-large power production. The electron stream energy is converted inside vacuum systems, where the key moment is increasing output power of microwave devices, which is possible only when using more and more powerful electron streams. Increasing electron stream power is possible due to either enhancing the carried currents or as a result of increasing the electron energy. Given the law that connects currents and voltages in electronic systems operating when the current is limited by a spatial charge, the production of ultra-high-power electron flows is associated with the usage of relativistic velocity electrons, i. e. approaching the light speed. Likewise, at present, relativistic electrovacuum devices (traveling-wave lamps and backward-wave lamps) use magnetic focusing for linear relativistic streams, which prevents the implementation of simple superconducting electrodynamic systems, because highfrequency metal superconductivity disappears in constant magnetic fields. Meanwhile, simplified ultra-highpower superconducting device structures can significantly increase the device energy due to the strong ohmic loss reduction, which just limits the device energy, destroying the working electrodynamic system surface by increasing power or pulse duration of the generator. The article outlines the modernized design of a new-type microwave generator – the relativistic helitron. The paper considers a simpler coaxial resonator design, obtained by using the supercritical narrowing of the inner conductor radius by the Hn1l mode of the electromagnetic field, rather than a coaxial resonator with notch filters.Одно из основных направлений в СВЧ электронике – получение сверхбольшой мощности. В вакуумных системах преобразуется энергия электронного потока, где основное повышение выходных мощностей СВЧ устройств возможно только при использовании все более мощных электронных потоков. Увеличение же мощности электронных потоков возможно за счет повышения переносимых ими токов или в результате повышения энергии электронов. Учитывая закон, связывающий токи и напряжения в электронных системах, работающих при ограничении тока пространственным зарядом, получение сверхбольшой мощности электронных потоков связано с использованием электронов с релятивистскими скоростями, т. е. приближающихся к скорости света. Также в настоящее время релятивистские электровакуумные устройства (лампы бегущей волны и лампы обратной волны) используют магнитную фокусировку для линейного релятивистского потока, что значительно усложняет и мешает внедрению простых сверхпроводящих электродинамических систем, так как высокочастотная сверхпроводимость металлов исчезает в постоянных магнитных полях. Между тем использование упрощенных сверхпроводящих структур в сверхмощных приборах позволяет значительно повысить энергетику этих приборов за счет сильного уменьшения омических потерь, что ограничивает энергетику прибора, разрушая рабочую поверхность электродинамической системы при увеличении мощности или длительности импульса генератора. В статье приведена модернизированная конструкция генератора СВЧ нового типа – релятивистского гелитрона. Здесь рассматривается более простая конструкция коаксиального резонатора, полученная благодаря конструктивному исполнению с использованием закритического сужения радиуса внутреннего проводника на моде Hn1lэлектромагнитного поля, а не коаксиальный резонатор с режекторными фильтрами

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ГЕЛИТРОН

This paper formulates nonlinear equations for the microwave generator of a new type - relativistic helitron and performs analysis and optimization on this basis. It is a device with centrifugal electrostatic focusing of an axisymmetric helical relativistic electron beam interacting with the Hn1 l mode of the electromagnetic field of a coaxial resonator. On the basis of numerical simulation and optimization it's shown that its efficiency exceeds the efficiency of relativistic traveling wave tube (TWT) and back wave tube (BWT).Сформулированы нелинейные уравнения и на их основе проведен анализ и оптимизация генератора СВЧ нового типа - релятивистского гелитрона. Это прибор с центробежной электростатической фокусировкой осесимметричного винтового релятивистского электронного потока, взаимодействующего с Hn1l модой электромагнитного поля коаксиального резонатора. На основе численного моделирования и оптимизации показано, что его эффективность превосходит эффективность релятивистских лампы бегущей волны (ЛБВ) и лампы обратной волны (ЛОВ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ. НЕСИНХРОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ

The main results of the researches in the scientific direction «Modeling and optimizing nonlinear electromagnetic processes» for 2013-2018 years are presented. On the basis of numerical simulation, the effect of systematic (independent of the frequency and phase of the field) braking and reflection of an ensemble of free electrons, initially moving in the direction of an elementary electric radiator, is established. One of the practical applications of the found effect in a terahertz generator with asynchronous interaction, the spherotron, is shown. The role of the established effect in the processes of asynchronous interaction of free electrons with the field of electromagnetic radiation in the ionosphere and the solar corona is indicated.Представлены основные результаты исследований, выполненных в рамках научного направления «Моделирование и оптимизация нелинейных электромагнитных процессов» в 2013-2018 годах. На основе численного моделирования установлен эффект систематического (независимого от частоты и фазы поля) торможения и отражения ансамбля свободных электронов, изначально движущихся в направлении элементарного электрического излучателя. Показано одно из практических приложений найденного эффекта в терагерцовом генераторе с несинхронным взаимодействием - сферотроне. Указана роль установленного эффекта в процессах несинхронного взаимодействия свободных электронов с полем электромагнитного излучения в ионосфере и солнечной короне