Исследование и разработка замедляющих систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн

Объектом исследования являются замедляющие системы (ЗС). Цель работы. Целью данной работы является исследование физических и конструктивно-технологических особенностей ЗС в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, а также создание алгоритма расчета таких ЗС для улучшения их электродинамических характеристик. Методы исследования, кроме используемых приборов и аппаратуры В данной работе применяются методы и модели: • 3D-моделирование ячеек ЗС при помощи программ электродинамического расчёта методом конечных элементов для получения S- или Z-матрицы передачи (HFSS) • Программы математического моделирования для обработки результатов 3D-моделирования на основе теории СВЧ многополюсников для получения ЭДХ ЗС (Mathcad, MATLAB) • Волноводно-резонаторные модели (ВРМ) ЗС, использующиеся для упрощённого расчёта ЭДХ. Достигнутые результаты: предложен метод описания ячейки ЗС, позволяющий учитывать наличие пролётного канала для пучка электронов внутри ЗС при помощи матрицы передачи восьмиполюсника. На основе данного метода разработаны алгоритмы расчёта характеристик ЗС. Продемонстрирована важность учёта наличия пролётного канала внутри ЗС. При изменении угла раскрыва щелевого канала в миллиметровой ЗС типа ЦСР показана возможность управления шириной полосы пропускания. Новизна. Научная новизна представленной диссертационной работы заключается в следующем: • Разработан метод расчёта электродинамических характеристик ЗС, учитывающий наличие двух каналов передачи электромагнитной энергии внутри ЗС при помощи матрицы передачи восьмиполюсника. • В результате анализа физических и конструктивно-технологических особенностей приборов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и расчёта электродинамических характеристик ЗС в данных диапазонах показана важность учёта наличия пролётного канала в модели ЗС. • Исследовано влияние угла раскрыва щелевого канала в аксиально-симметричной ЗС типа ЦСР миллиметрового диапазона с фасолевидными щелями с целью управления шириной полосы пропускания, продемонстрирована возможность её расширения вплоть до октавы. Практическая значимость. Результаты, представленные в диссертации, получены при выполнении грантов Научного Фонда НИУ ВШЭ в составе НУГ «Электродинамика замедляющих систем», а также в ходе работы во время стажировки по теме «Submillimeter wave imaging spectroscopy of cornea for the early detection of disease» в Университете Аалто (Эспоо, Финляндия) в рамках программы «Академическая аспирантура». В ходе работы по тематике диссертации были получены 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Область применения. Рассчитанные по данным программам электродинамические характеристики ЗС могут применяться для разработки компактных усилительных приборов в высокочастотных диапазонах микроволнового излучения, при этом взаимодействие пучка с волной можно рассчитывать при помощи разностной теории возбуждения электродинамических систем.