350 rub
Journal Electromagnetic Waves and Electronic Systems №9 for 2010 г.
Article in number:
Numerical Calculation Method of Electron Bunch Proper Fields in Drift Tubes of a Miсrowave Devices with Longitudinal Interaction
Keywords:
efficiency numerical method
wake fields
Galerkin method
directed orthogonalization
klystron
TWT
Authors:
V.M. Pikunov
Abstract:
In paper, motion model without radiation fields of electron bunches in floating-drift passages and drift tubes of microwave devices is substantiated. This model is right and for relativistic electron motion. It based on introduction of electron bunch quasi-stationary proper fields, which are created by moving electron bunches. The wake fields are divided into sum of two parts coulomb fields, which are the same as fields of rest charge, and solenoidal one of wake field.
Efficiency numerical method is suggested for calculation of electron bunch wake fields in floating-drift passages of TWT on chained resonators and drift tubes of multiple-cavity klystrons. Uncompleted Galerkin method is used for discretization of wake field-s equations. A solution of boundary problems for stiff system of ordinary differential equations is search out by directed orthogonalization method.
Estimations of sagging depth of coulomb and complete wake fields into cavities gaps are made. Sagging depth of complete wake fields is in times larger, then for coulomb fields ( ? relativistic factor).
Structures of wake fields of electron disk and electron ring are investigated for electron beam model as set disks and rings. Results of numerical computation of relativistic ( ) electron bunching in multiple-cavity klystron are discussed. Using of suggested method for solving electron optic problems in TWT on chained resonators is considered. To show, that suggested numerical method to lets essentially reduces calculation time and extends possibilities of modeling and optimization of microwave electron devices in compared with known methods.
Pages: 32-50
References
- Сандалов А.Н., Пикунов В.М., Родякин В.Е. Программные комплексы для разработки мощных высокоэффективных клистронных усилителей // Российская СВЧ электроника. Горький: Изд. ИПФ. 2002. С. 97-102.
- Ding Yaogen. Theory and Computer Simulations of High Power Klystron. National Defense Industry Press. 2008.
- Rowe J.E.Nonlinear Electron Wave Interaction Phenomena // Academic Press, New York and London. 1965.
- Tallerico P.J., Rowe J.E. Relativistic effects in the traveling wave amplifiers // IEEE Trans. on ED-17. 1970. No. 7.P. 549.
- Акментыньш Я.Я. К нелинейной теории группирования электронов в клистроне // Электронная техника. Сер. I. Электр. СВЧ. 1966. Вып. 4. С. 23.
- Бурнейка К.П., Канавец В.И. Влияние пространственного заряда на группировку электронов в двухрезонаторном клистроне с конечным углом пролета в зазоре // Электр. техника. Сер. I. Электр.СВЧ. 1970. Вып. 2.С. 26.
- Harlow F.H. A Machine Calculation Method for Hydrodynamic Problems. Los Alamos Scientific Laboratory report LAMS-1956.
- Shintake T. Klystron simulation and design using Field Charge Interaction (FSI) code. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research. A 363. 1995. P. 83-89.
- Goplen B., Ludeking L. and Smithe D. MAGIC User-s Manual, Mission Res. Corp., Newington, VA, V. MRC/WDC-R-380. Oct. 1996.
- Пикунов В.М. Многочастотные процессы в приборах с продольным взаимодействием электромагнитных полей с электронными потоками // Канд. дисс. М.: Физич. ф-т МГУ. 1982.
- DarwinC.G.TheDynamicalMotionofParticles. Phil. Mag. 1920. V. 39. P. 537.
- Вычислительные методы в физике. Управляемый термоядерный синтез. М.: Мир. 1980.
- Пикунов В.М., Родякин В.Е., Сандалов А.Н. Структура электромагнитных полей релятивистского электронного сгустка в трубе дрейфа // Труды всесоюзной школы-семинара «Физика и применение микроволн».Ч. 2. М.: Из-во. МГУ. 22-27 мая 1991 г. С. 177-180.
- Пикунов В.М., Родякин В.Е., Сандалов А.Н. Коллективные процессы в интенсивных электронных потоках. Труды всесоюзной школы-семинара «Физика и применение микроволн». Ч. 2. М.: Из-во. МГУ. 22-27 мая 1991 г. С. 181-184.
- Аронов М.И., Пикунов В.М., Родякин В.Е., Сандалов А.Н. Путь формирования увлекаемого поля электронного сгустка в волноводе. Труды всесоюзной школы-семинара «Физика и применение микроволн». Ч. 1. М.: Из-во. МГУ. 22-27 мая1991 г. С. 180-183.
- Sandalov A.N., Pikunov V.M., Rodyakin V.E., Faillon G., Thaler Y. Animation of Nonlinear Electron-Wave Interaction in Klystrons. KEKreport 1/1997. P. 185-194.
- Пикунов В.М., Колесникова И.Ю. Линейная математическая модель релятивистского СВЧ-устройства черенковского типа // Радиотехника и электроника. 1988.Т. 33. № 11. С. 2381-2390.
- Лузянин Д.Б., Пикунов В.М. Дисперсионные характеристики релятивиского СВЧ устройства черенковского типа // Радиотехника и электроника. 1991. Т. 37. № 11. С.141-150.
- Пикунов В.М., Свешников А.Г. Математическое моделирование задач сильноточной релятивистской плазменной СВЧ электроники // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Сер. Б. Т. VII-1: Математическое моделирование в низкотемпературной плазме. 2008. Ч. 2. Гл. 3. С. 534-567.
- Ильинский А.С., Слепян Г.Я. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. М.: Изд. МГУ. 1983.
- Быков А.А. ДАН СССР. 1980. Т. 251. № 5. С. 1039.
- Быков А.А. Численное решение жестких краевых задач для систем линейных разностных уравнений методом прогонки // ДАН СССР. 1986. Т. 288. № 3. С. 521.
- Пикунов В.М., Чернявский И.А. Усиление и генерация микроволн в релятивистских черенковских устройствах // Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. № 11. С. 2068.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. Изд. 7-е. М., 1988.
- Пановский В., Филипс М. Классическая электродинамика / пер. с англ. М., 1963.
- Гинзбург. В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. М.: Наука. 1981.
- Coleman Р.D., Hendricks K.J., Arman M.J. et al. Development Status of an Intense Beam Klystron. AIPConf. Proc. 337. 1994. P. 36.
- Сандалов А.Н., Теребилов А.В. // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 2. № 9. С. 70.
- Ильин В.П.. Численные методы решения задач электрофизики. М.: Наука. 1985.