Численное моделирование физических процессов в микроволновых устройствах с распределенным взаимодействием в терагерцовом диапазоне

При переходе в терагерцовый диапазон эффективность взаимодействия электронных потоков с электромагнитными полями однозазорных резонаторов в микроволновых усилителях существенно снижается. Для увеличения коэффициента взаимодействия могут быть использованы многозазорные связанные резонаторы, которые позволяют увеличить этот параметр пропорционально числу зазоров. Это делает системы взаимодействия таких микроволновых приборов распределенными и требует использования особых методов теоретического исследования и компьютерного моделирования коллективных процессов в них. Проект посвящен разработке компьютерных методов решения самосогласованных трехмерных уравнений движения заряженных частиц и начально-краевых задач для уравнений Максвелла, описывающих взаимодействие электромагнитных волн с электронными потоками в микроволновых устройствах с распределенным взаимодействием. Предполагается решение самосогласованной трехмерной задачи взаимодействия электронных потоков с электромагнитными полями системы резонаторов с распределенным взаимодействием. В рамках этой проблемы будут рассмотрены подзадачи: нахождение “холодной” структуры собственных электромагнитных полей в многозазорных резонаторах; модуляция электронного пучка полями многозазорных резонаторов; задача о возбуждении многозазорных резонаторов модулированными электронными потоками; задача о группировании электронных сгустков в пролетных каналах в присутствии собственных полей электронных потоков; задача отбора и вывода энергии волн в выходном многозазорном резонаторе усилителя терагерцового диапазона. Основная методика исследования–компьютерное моделирование, предполагает (1) построение математической модели исследуемого физического прибора, (2) исследование корректности математической модели, существования, единственности решения, устойчивости решения по отношению к малому изменению параметров, (3) создание компьютерных алгоритмов решения, в том числе численных, символьных и аналитических, (4) создание компьютерных кодов (программ) для решения численных моделей, (5) получение конкретных результатов, их наглядное представление в графической форме.