Поиск оптимальной формы огибающей сверхвысокочастотного импульса мощного генератора в предельно допустимом режиме излучения
Автор: Волков А.А.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 1 т.26, 2023 года.
Бесплатный доступ
В статье сформулирована задача выбора формы огибающей сверхвысокочастотного импульса мощного генератора, обеспечивающей максимум излучаемой поверхностной антенной энергии в предпробойном режиме, в виде изопериметрической задачи вариационного исчисления и получено ее решение. Оптимизация проводилась при фиксированной эффективной длительности огибающей. Установлено, что оптимальная форма зависит от эффективной длительности импульса и представляет собой усеченный овал. При увеличении длительности импульса оптимальная форма стремится к прямоугольной. Получены аналитические выражения, связывающие эффективную длительность и предельно допустимую энергию с пробойным полем для импульсов с оптимальной, прямоугольной, гауссовой и треугольной огибающими. Проведен расчет зависимостей пробойного поля и предельно допустимой энергии импульсов с указанными формами огибающих от эффективной длительности импульса в диапазоне реализуемых длительностей мощных релятивистских сверхвысокочастотных генераторов. Дан сравнительный анализ полученных результатов.
Пробой воздуха, электрическая прочность, поверхностная антенна, электромагнитное поле, сверхвысокочастотный генератор, изопериметрическая задача
Короткий адрес: https://sciup.org/140297871
IDR: 140297871 | УДК: 537.87, | DOI: 10.18469/1810-3189.2023.26.1.106-115
Search for the optimal shape of the envelope of a microwave pulse of a powerful generator in the maximum permissible radiation mode
In the article, the problem of choosing the shape of the envelope of the microwave pulse of a powerful generator, which provides the maximum radiated surface antenna energy in the pre-breakdown mode, is formulated in the form of an isoperimetric problem of the calculus of variations, and its solution is obtained. Optimization was carried out at a fixed effective duration of the envelope. It has been established that the optimal shape depends on the effective pulse duration and is a truncated oval. As the pulse duration increases, the optimal shape tends to be rectangular. Analytical expressions are obtained that relate the effective duration and maximum allowable energy to the breakdown field for pulses with optimal, rectangular, Gaussian, and triangular envelopes. The dependences of the breakdown field and the maximum allowable energy of pulses with the indicated envelope shapes on the effective pulse duration are calculated in the range of realizable durations of powerful relativistic microwave generators. A comparative analysis of the obtained results is given.
Список литературы Поиск оптимальной формы огибающей сверхвысокочастотного импульса мощного генератора в предельно допустимом режиме излучения
- Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М.: Наука, 2003. 446 с.
- Preliminary results from a reflex diode experiment aurora intense pulsed relativistic electron beam generator / A. Bromborsky [et al.] // 1987 IEEE International Conference on Plasma Science. 1987. P. 39.
- Взаимодействие электронного потока и электромагнитного поля в многоволновом черенковском генераторе с мощностью 1010 ватт / С.П. Бугаев [и др.] // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, № 7. С. 1488–1498.
- Мак-Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах. М.: Мир, 1969. 212 с.
- Волков А.А. Энергия пробоя воздуха в поверхностной антенне // Электромагнитные волны и электронные системы. 2020. № 1–2. С. 96–101. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202001-2-11
- Gould L., Roberts L.W. Breakdown of air at microwave frequencies // Journal of Applied Physics. 1956. Vol. 27, no. 10. P. 1162–1170. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1722222
- Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.
- Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1969. 424 с.
- Ионизация воздуха в околокритическом электрическом поле / А.Ф. Александров [и др.] // Журнал технической физики. 2006. Т. 76, № 3. С. 38–43. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/8793
- Гуревич А.В. Ионизация нижней ионосферы под действием мощных радиоимпульсов // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19, № 4. С. 633–640.
- Справочник по специальным функциям. С формулами, графиками и математическими таблицами / под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 832 с.
- Жерлицин А.Г., Мельников Г.В. Исследование эффективности генерации СВЧ-излучения в виркаторе типа триод с виртуальным катодом // Известия томского политехнического университета. Технические науки. 2003. Т. 306, № 1. С. 105–110.
- Superradiant Ka-band Cherenkov oscillator with 2-GW peak power / V.V. Rostov [et al.] // Physics of Plasmas. 2016. Vol. 23, no. 9. P. 093103. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4962189
- Генерация мощного СВЧ-излучения в триодной системе сильноточным пучком микросекундной длительности / А.Н. Диденко [и др.] // Письма в журнал технической физики. 1983. Т. 9, № 24. С. 1510–1513.
- Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе. М.: Нефть и газ, 1996. 204 с.
