Численное моделирование скоростных и пространственных возмущений, вызванных нарушением симметрии плотности тока эмиссии в гиротронах (итоговый отчет)

Разработана методика компьютерного моделирования трехмерных электронно-оптических систем формирования винтовых электронных пучков (ВЭП) с неоднородным по азимуту распределением плотности тока эмиссии, предназначенных для использования в существующих и перспективных новых вариантах гиротронов. Методика позволяет учесть влияние неоднородного распределения плотности тока эмиссии, тепловых скоростей электронов, шероховатостей эмитирующей поверхности и трехмерных возмущений геометрии электронно-оптических систем (ЭОС). Алгоритм траекторного анализа основан на специальном задании стартовых условий для эмитируемых с катода частиц, численном расчете электронных траекторий с помощью комплекса программ CST Studio Suite и специфической для систем формирования ВЭП методике расчета их параметров, пригодной для последующего расчета электрон-волнового взаимодействия и КПД прибора. Приведены результаты прямого численного моделирования систем с различными вариантами нарушений азимутальной симметрии плотности тока эмиссии. Результаты тестирования методики на примере расчета адиабатической магнетронно-инжекторной пушки (МИП) гиротрона сантиметрового диапазона длин волн иллюстрируют достаточно высокую точность предложенной методики. На примере адиабатической МИП спектроскопического гиротрона миллиметрового диапазона с двухзеркальным резонатором показана возможность формирования ВЭП с приемлемым качеством при использовании секционированного по азимуту эмиттера МИП. Изучено влияние неоднородности термоэлектронной эмиссии на качество ВЭП, формируемых неадиабатическими ЭОС гиротронов с кольцевой щелью. Показано, что допустимая степень неоднородности плотности тока эмиссии не должна превышать 50%. Рассмотрена возможность применения неадиабатических ЭОС для формирования двухлучевых электронных потоков, пригодных для использования в гиротронах с двухзеркальными резонаторами. Найдены оптимальные угловые размеры зон эмиссии парциальных пучков для получения приемлемых параметров ВЭП.