On planar models of resistive wall amplifier (theory and simulations)

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The purpose of this paper is to investigate a metamaterial-based planar resistive wall amplifier and to demonstrate the applicability of simplified models for preliminary evaluations. Methods. Two two-dimensional models are considered. The first model constitutes of an infinitely wide sheet beam immersed in a strong longitudinal magnetic field propagating between two identical layers of metamaterial, with the symmetry plane placed along the beam center; the layers of metamaterial and an envelope of parallel metal plates are separated by vacuum gaps. The second model is a periodic structure of thin sheet beams immersed in a strong longitudinal magnetic field propagating through drift channels in an infinite slab of metamaterial. In both cases, the frequency properties of the metamaterial are accounted by the Drude model. The dispersion equations for these models are derived. The transition to one-dimensional linear theory is demonstrated and discussed. The results of linear theory and numerical simulations in CST Particle Studio for each model are compared and analyzed. In numerical simulation, the initial beam density modulation is utilized. In the linear regime, the gain is evaluated by the ratio of the maximum amplitudes of the Fourier transform of the collector current to the emission current. Results and conclusion. The obtained theoretical results show the sensitivity of the metamaterial-based planar resistive wall amplifier performance to geometrical dimensions and properties of the medium. It is shown that by using metamaterial it is possible to obtain a significant increase of the initial beam modulation. A qualitative correspondence between the results of planar linear theory and numerical simulation for both models is shown. The hierarchy of models is formulated.  

Sobre autores

Vladimir Titov

Saratov State University; Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0001-6761-4267
Código SPIN: 4056-2278
Scopus Author ID: 7201990909
Researcher ID: JBR-8550-2023
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Aleksandr Funtov

Saratov State University

ORCID ID: 0000-0002-9121-1449
Código SPIN: 2807-6330
Scopus Author ID: 55965777100
Researcher ID: rid101693
ul. Astrakhanskaya, 83, Saratov, 410012, Russia

Bibliografia

  1. Фунтов А. А. О теории гибрида ЛБВО и усилителя с комплексной диэлектрической проницаемостью // Известия вузов. ПНД. 2023. T. 31, № 4. С. 452-468 doi: 10.18500/0869-6632-003050.
  2. Birdsall С. К., Whinnerу J. R. Waves in an electron stream with general admittance walls // J. Appl. Phys. 1953. Vol. 24, no. 3. P. 314-323 doi: 10.1063/1.1721272.
  3. Zhuo S h., Liu Z h., Zhou F., Qin Y., Luo X., Ji C., Yang G., Yang G., Xie Y. THz broadband and dual-channel perfect absorbers based on patterned graphene and vanadium dioxide metamaterials // Opt. Express 2022. Vol. 30, no. 26. P. 47647-47658 doi: 10.1364/OE.476858.
  4. Guo Z., Li A., Sun Z h., Yan Z h., Liu H., Qian L. Negative permittivity behavior in microwave frequency from cellulose‑derived carbon nanofibers // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2022. Vol. 5. P. 50-57 doi: 10.1007/s42114-021-00314-0.
  5. Birdsall С. К., Brewer О. R., Haeff A. V. The resistive-wall amplifier // Proceedings of the IRE. 1953. Vol. 41, no. 7. P. 865-875 doi: 10.1109/JRPROC.1953.274425.
  6. Rowe T., Behdad N., Booske J. Metamaterial-enhanced resistive wall amplifier design using periodically spaced inductive meandered lines // IEEE Trans. Plasma Sci. 2016. Vol. 44, no. 10. P. 2476-2484 doi: 10.1109/TPS.2016.2599144.
  7. Гинзбург Н. С., Малкин А. М., Железнов И. В., Сергеев А. С., Кочаровская Е. Р. Усиление коротковолнового излучения на основе резистивной неустойчивости релятивистского электронного потока (квазиоптическая теория) // ЖТФ. 2017. Т. 87, № 8. С. 1230-1237 doi: 10.21883/JTF.2017.08.44732.2111.
  8. Malkin A. M., Zheleznov I. V., Sergeev A. S., Zaslavsky V.,Y u., Makhalov P. B., Ginzburg N. S. Unified quasi-optical theory of short-wavelength radiation amplification by relativistic electron beams moving near the impedance surfaces // Phys. Plasmas. 2020. Vol. 27, no. 11. P. 113106 doi: 10.1063/5.0030914.
  9. Братман В. Л., Гинцбург В. А., Гришин Ю. А., Думеш Б. С., Русин Ф. С., Федотов А. Э. Импульсные широкодиапазонные оротроны миллиметровых и субмиллиметровых волн // Изв. вузов. Радиофизика. 2006. Т. 49, № 11. С. 958-963.
  10. Xi H., Wang J., He Z h., Zhu G., Wang Y., Wang H., Chen Z., Li R., Liu L. Continuous-wave Y-band planar BWO with wide tunable bandwidth // Sci. Rep. 2018. Vol. 8. P. 348 doi: 10.1038/s41598-017-18740-w.
  11. Marklein R. The finite integration technique as a general tool to compute acoustic, electromagnetic, elastodynamic, and coupled wave fields // In: Stone W.,R. (ed) Review of Radio Science. N.Y.: Wiley, 2002. P. 201-244.
  12. Касаткин Л. В. Об усилении волн пространственного заряда при прохождении пучков электронов в средах с индуктивной проводимостью // РЭ. 1961. Т. 6, № 2. С. 267-274.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».