Numerische Simulation der Gyrotron-Wechselwirkung in koaxialen Resonatoren:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Karlsruhe
Forschungszentrum Karlsruhe
1996
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Forschungszentrum <Karlsruhe>: Wissenschaftliche Berichte
5837 |
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INHALT
LISTE
DER
VERWENDETEN
SYMBOLE
.
IX
ALLGEMEINE
DEFINITIONEN
UND
ZUSAMMENHAENGE
.
XIV
1.
EINLEITUNG
.
1
1.1
DAS
GYROTRON
-
EIN
MILLIMETERWELLEN-GENERATOR
FUER
HOECHSTE
LEISTUNGEN
.
1
1.2
THEMA
UND
STRUKTUR
DIESER
ARBEIT
.
3
2.
DER
ENERGIEAUSTAUSCH
IM
RESONATOR
.
5
2.1
BESCHREIBUNGSFORMEN
DER
ELEKTRONEN-ZYKLOTRON-WECHSELWIRKUNG
.
5
2.1.1
PHAENOMENOLOGISCHE
BESCHREIBUNG
.
5
2.1.2
BRILLOUIN-DIAGRAMM
.
8
2.1.3
BALLISTISCHE
THEORIE
UND
NORMIERTE
VARIABLEN
.
9
2.2
AUFBAU
UND
FUNKTIONSWEISE
EINES
GYROTRONS
.
.
.11
2.2.1
ELEKTRONENKANONE
UND
KOMPRESSIONSZONE
.
.
11
2.2.2
RESONATOR
.
13
2.2.3
HF-AUSKOPPLUNG
UND
KOLLEKTOR
.
14
2.3
GYROTRONRESONATOREN
.
.
.
.
.
.
.16
2.3.1
PRINZIPIELLE
STRUKTUR
.
16
2.3.2
RESONATOR-BAUFORMEN
.
16
2.3.3
MODELLIERUNG
SCHWINGUNGSFAEHIGER
EIGENMODEN
DES
RESONATORS
18
2.3.4
GUETE
UND
WANDVERLUSTE
.
20
2.3.5
MODENSELEKTION
UND
MODENKONKUIRENZ
.
22
2.4
VORTEILE
KOAXIALER
RESONATOREN
.
25
2.4.1
MODENSELEKTION
DURCH
BEEINFLUSSUNG
DER
GUETE
IN
KOAXIALEN
RESONATOREN
OHNE
ODER
MIT
KORRUGATION
.
25
2.4.2
SPANNUNGSABSENKUNG
("VOLTAGE
DEPRESSION")
.
.
27
2.5
ABSCHAETZUNG
DER
MAXIMALEN
AUSGANGSLEISTUNG
.
29
INHALTSVERZEICHNIS
3.
MATHEMATISCHE
MODELLIERUNG
DER
GYROTRON-WECHSELWIRKUNG
.
.
37
3.1
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DER
AXIALEN
FELDPROFILE
.
.
.
.38
3.1.1
BESCHREIBUNG
DER
HF-FELDER
.
38
3.1.2
BESCHREIBUNG
DES
ELEKTRONENSTRAHLS
.
.
.
.
41
3.1.3
HERLEITUNG
DER
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DER
FELDPROFILE
.
42
3.1.4
NAEHERUNGEN
UND
STATIONAERE
ANSAETZE
FUER
DIE
SCHNELLE
NUMERISCHE
SIMULATION
.
45
3.1.5
BEHANDLUNG
DES
AXIALEN
MODENINDEX
N
.
48
3.1.6
RANDBEDINGUNGEN
FUER
DIE
FELDPROFILE
.
48
3.1.7
AUSGANGSLEISTUNG
UND
FELDENERGIE
.
52
3.2
BEWEGUNGSGLEICHUNG
DER
ELEKTRONEN
.
.
.
.
.53
3.2.1
HERLEITUNG
DER
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DER
TEILCHENBEWEGUNG
.
53
3.2.2
VEREINFACHUNG
DER
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DURCH
NAEHERUNGEN
.
57
3.2.3
ENERGIEBILANZ
BEI
SIMULATIONEN
MIT
VORGEGEBENEM
FELDPROFIL
61
3.2.4
BERUECKSICHTIGUNG
DER
HF-RAUMLADUNGSFELDER
.
.
62
4.
WELLENLEITERMODEN
.
63
4.1
UEBERSICHT
DER
ZU
BESTIMMENDEN
AUSDRUECKE
UND
ANSATZ
DER
HERLEITUNG
.
63
4.1.1
KOMPLEXER
ANSATZ
DER
BEWEGUNGSGROESSEN.
.
64
4.1.2
ANSATZ
ZUR
BERECHNUNG
DER
EIGENVEKTOREN
UND
WEITERER
FELDKOMPONENTEN
.
66
4.2
EIGENWELLEN
IM
HOHLLEITER
.
70
4.2.1
KOMPONENTEN
DES
ELEKTRISCHEN
FELDS
.
70
4.2.2
BESCHLEUNIGUNGS-UND
ANREGUNGSTERM
.
.
.
71
4.2.3
OHMSCHE
WANDVERLUSTE
.
76
4.3
EIGENWELLEN
IN
ROTATIONSSYMMETRISCHER
GEOMETRIE
UNTER
BERUECKSICHTIGUNG
VON
IMPEDANZ-KORRUGATIONEN
.
.
.
.76
4.3.1
ALLGEMEINE
FORMELN
UND
KOAXIALLEITER
OHNE
KORRUGATION
.
76
4.3.2
MODELLIERUNG
DER
IMPEDANZ-KORRUGATION
.
78
4.3.3
EIGENWERTKURVEN
IN
KOAXIALER
GEOMETRIE
.
82
4.3.4
WANDVERLUSTE
IN
KOAXIALER
GEOMETRIE
.
90
4.4
EIGENWELLEN
BEI
ABWEICHUNGEN
VON
DER
ROTATIONSSYMMETRIE
.
.
92
4.4.1
MODENWANDLER-KORRUGATION
.
.
.
.
.93
4.4.2
VERSATZ
DES
INNENLEITERS
.
99
VI
INHALTSVERZEICHNIS
5.
NUMERISCHE
UMSETZUNG
DES
MATHEMATISCHEN
MODELLS
.
.
.
103
5.1
NUMERISCHE
LOESUNG
DER
DIFFERENTIALGLEICHUNGEN
.
.
.104
5.1.1
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DES
ANREGUNGSFREIEN
FELDPROFILS
.
107
5.1.2
SELBSTKONSISTENTE,
STATIONAERE
SIMULATION
IM
EINMODENFALL
.
110
5.1.3
SELBSTKONSISTENTE,
NICHT-STATIONAERE
SIMULATION
.
.
111
5.1.4
DIFFERENTIALGLEICHUNG
DER
TEILCHENBEWEGUNG
.
.
113
5.1.5
BEHANDLUNG
DER
TEILCHENBEWEGUNG
IM
NICHT-STATIONAEREN
FALL
115
5.2
DAS
PROGRAMMPAKET
CAVITY
.
122
5.3
VERIFIKATION
DES
PROGRAMMPAKETS
.
127
5.4
KRITERIEN
ZUR
WAHL
DER
SCHRITTWEITEN
IN
DER
DISKRETISIERUNG
.
135
6.
VERHALTEN
UND
DESIGN
KONVENTIONELLER
UND
KOAXIALER
GYROTRONRESONATOREN
.
139
6.1
TYPISCHE
GUETESPEKTREN
.
139
6.1.1
EINFLUSS
DER
STEIGUNG
DER
EIGENWERTKURVE
AUF
DIE
GUETE
.
139
6.1.2
GUETESPEKTREN
UND
RELEVANZ
DER
MODEN
FUER
DIE
MODENKONKURRENZ
.
.
.
.
.142
6.1.3
RESONANZGUETEN
BEI
VERWENDUNG
EINER
MODENWANDLER-KORRUGATION
.
.
.
.149
6.2
SCHWINGVERHALTEN
IN
DER
STATIONAEREN
EINMODENRECHNUNG
.
.
.
152
6.2.1
RECHNUNGEN
MIT
VORGEGEBENEM
FELDPROFIL
.
.
.153
6.2.2
SELBSTKONSISTENTE
STARTSTROEME
.
156
6.2.3
STABILE
UND
INSTABILE
STATIONAERE
LOESUNGEN
.
.
.
160
6.3
SCHWINGVERHALTEN
IN
DER
NICHT-STATIONAEREN
RECHNUNG
.
.
.165
6.3.1
EINSCHALTVORGANG
.
165
6.3.2
STABILITAET
IN
DER
NICHT-STATIONAEREN
EINMODENRECHNUNG
.
169
6.3.3
STABILITAET
IN
DER
NICHT-STATIONAEREN
MULTIMODENRECHNUNG
.
170
6.4
DESIGNKRITERIEN
FUER
RESONATOREN
VON
HOCHLEISTUNGS-GYROTRONS
.
.
173
7
.
DAS
KOAXIALE
140
GHZ
/
1,5
MW
-
EXPERIMENT
AM
FZK
.
177
7.1
TECHNISCHE
AUSFUEHRUNG
DES
GYROTRONS
.
178
7.2
RESONATORENTWUERFE
.
.
.
.
.
.
.180
7.3
STABILITAETSGEBIETE
UND
ARBEITSPUNKTE
.
.
.
.
.183
7.4
VERGLEICH
EXPERIMENTELLER
ERGEBNISSE
MIT
DER
SIMULATION
.
.
187
8.
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
193
VN
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG
.
197
AL
BESTIMMUNGSGLEICHUNGEN
ZUR
ERREICHBAREN
AUSGANGSLEISTUNG
.
.
197
AL.L
NAEHERUNGSFORMELN
ZUR
ELEKTRONENKANONE
.
.
.
197
A1.2
NAEHERUNGSFORMELN
ZUM
RESONATOR
.
198
A1.3
NORMIERTE
VARIABLEN
.
199
A1.4
PROGRAMM
ZUR
BESTIMMUNG
DER
ERREICHBAREN
LEISTUNG
.
201
A2
VOLLSTAENDIGE
ENTWICKLUNG
DES
HF-FELDS
UND
MODENKONVERSION
.
.
204
A3
ERGAENZUNGEN
ZUM
KOMPLEXEN
ANSATZ
DER
BEWEGUNGSGROESSEN
.
.
210
A4
ALTERNATIVE
ANSAETZE
ZUR
VERMEIDUNG
UNPHYSIKALISCHER
EFFEKTE
.
.
215
LITERATURVERZEICHNIS
.
219
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