Чуть ли не каждый божий день мы слышим: «Выше, дальше, быстрее...» А, тут вдруг какое-то замедление?.. Это об чём??? Да, получается, что кому-то это нужно, раз требуют медленнее?.. Совершенно верно, нужно, очень! Потому как другого выхода нет! Мы на предыдущих мини рассмотрели СВЧ-приборы работающие в режиме КРАТКОВРЕМЕННОГО взаимодействия электронных сгустков с электромагнитным полем. Всё верно, так и было... А теперь будем рассматривать тоже приборы и тоже СВЧ, но с ДЛИТЕЛЬНЫМ взаимодействием! А, это как? Ну, это же как было? Бац-бац и удрал, а вы там разбирайтесь кто, кому и как? В нашем же случае только кого куда и как и никак иначе. Да ещё и всё время от и до! Вот такие «неправильные» СВЧ-приборы называются О-типа. Это ЛБВ (Лампа Бегущей Волны) и ЛОВ (Лампа Обратной Волны). Иногда ещё в конце добавляют букву О, типа ЛБВО и ЛОВО. Мол, они типа-О, а не халам-балам?! Ну, это уже извращение...
Да, раньше сгусток ударил своей кинетической энергией по резонатору и смылся. А вот резонатор теперь пусть решает, что ему резонировать? Теперь же нужно воздействовать только на то, что тебе дадут, это во-первых. И во-вторых, куда надо, иначе все старания «псу под хвост»! Есть электромагнитное колебание и банда электронов. И они (электроны) должны отдать свою бешеную энергию в нужное время и в нужном месте. То бишь СИНХРОННО! Ну, почти?! Вот на рис.2 и показано это условие, СИНХРОНИЗМА, совпадение фазовой скорости Vф и скорости пролёта электронов, Ve. И тут начинается... Электромагнитные колебания (волны) двигаются +/- со скоростью света, — С, а электрон не может с такой, физически, стар стал, да по молодости не лучше... И, что теперь? Правильно, надо затормозить движение электромагнитных колебаний... А, нужно ли именно тормозить всё это? Ведь, чтобы в нужном место не обязательно выслеживать каждый период... Можно вдарить только когда появится нужный момент. По науке нужная фаза... Да, с помощью той самой Vф! Почти равной Ve!
Забудем на время про всякие фазы... Так как нам быть со всеми тормозами? Обратимся к ЗАМЕДЛЯЮЩИМ СИСТЕМАМ. А, это всего лишь линия передачи, но не простая, а с выкобеливанием. А, это как? Вот на рис.1 и показано как простая линия передачи превращается в нашу замедляющую. Процесс показан сверху-вниз красной стрелкой. Такая система, в итоге называется ВСТРЕЧНЫЕ ШТЫРИ (ПАЛЬЦЫ В ПАЛЬЦЫ). По большому счёту этих систем множество в разных вариантах исполнения. Так на рис.6a, СПИРАЛЬ. На рис.6d, ГРЕБЁНКА. На рис.6b ЦЕПОЧКА РЕЗОНАТОРОВ ЩЕЛЬ-ОТВЕРСТИЕ. И на рис.6e, те самые ВСТРЕЧНЫЕ ШТЫРИ. На рис.6f прохождение поля ЗС и розового цвета направление пролёта электронов. На рис.6с ЗС из цепочки резонаторов. Красная стрелка, направление пролёта электронов и движение поля. На рис.3а Вы видите отдельно взятый резонатор и наложенный на картинку колебательный контур. Щель между плоскостями, это ёмкость (конденсатор). Разорванная окружность, это индуктивность. В более низких частотах это катушка индуктивности, а в СВЧ вот такой, один виток!
Вот на рис.5 и рис.5а показана картина полей в замедляющей системе (ЗС) типа «гребёнка». На рис.5а график такого распределения в какой-то момент t! Получаются вот такие всплески. Да, если построить огибающую кривую, что-то, где-то похоже на синусоиду?! Вот только вся картина не временная, а ПРОСТРАНСТВЕННАЯ. Так ещё растянутая не по времени, а по длине ЗС, — Z! Да, если рассматривать всё это во времени, конечно вся картинка будет меняться в такт с управляющей частотой (частотой генератора). Вот только распределение будет всё же пространственным. Правда похоже на последовательность неких импульсов?! Так пришла идея представлять эту последовательность как сумму бесконечного числа синусоид но не временных, а ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГАРМОНИК! Вот только это не те, временные гармоники, знакомые нам. Подробнее мы поговорим в следующей мини-лекции.
Ну, хорошо! Всё это ля-ля... А, как же нам действительно, на практике осуществить всё это замедление? И вообще, чего мы добиваемся? Задача перед нами проста как 5 копеек! Нужно чтобы поток электронов взаимодействовал только с тормозящим полем СВЧ. В этом случае электроны свою кинетическую энергию будут отдавать полю. А это либо усиление, либо генерация. В противном случае электроны будут отбирать энергию поля и процесс зачахнет... Вот как пример устройства ЗС в виде изогнутого волновода рис.3. Электромагнитное поле движется внутри волновода слева-направо. В том же направлении движется и электронный поток, но? Но он движется прямолинейно по жёлтой полосе. В свою очередь, если параметры системы взяты от балды, то в точках 1, 2, 3 поле может быть как тормозящим, так и ускоряющим. Но нам-то нужно попасть только в тормозящее... Значит надо так подобрать длину колен ЗС в соответствие с длиной волны и времени пролёта электронов из точки 1 в 2 и далее в 3. И там и там поле должно быть на данный момент тормозящим!
Второй случай с ЗС в виде спирали. Вид условно на рис.6а, а разборки на рис.7, рис.8 и рис.8b. Здесь и далее везде L, — период структуры ЗС, структура-то периодическая. Волна распространяется практически вдоль проволоки со скоростью света С. В тоже время фаза горизонтального передвижения за время одного оборота волны перемещается на расстоянии L. То есть это расстояние гораздо меньше чем по окружности витка спирали! На рис.8b показан так называемый коэффициент замедления. В общем виде как отношение скоростей С/Vф. А в пересчёте на параметры спирали отношение длины витка к шагу L (периоду структуры) спирали. Так ещё 2пиr/L. Это значит мы можем вырулить систему на конкретные параметры. Там же, на рис.8b нахождение Vфz через угол наклона витка спирали [a] и Vфl, скорости волны по спирали, близкой к скорости света.
Более серьёзное сооружение на рис.6d, это «ГРЕБЁНКА», тип такой ЗС. В общем виде это двухпроводная, однородная линия передачи. Да, к ней присобачили зубья... Что значит однородная? Обычную линию считают с распределёнными параметрами. Мысленно линию разбивают на кусочки dx. Каждый кусочек обладает ёмкостью С1 и индуктивностью L1 и пр. Они в свою очередь называются ПОГОННЫМИ. И если они на протяжении линии не меняются, тогда линия однородная! Вот на рис.5b уравнение фазовой скорости простой линии. Когда к двухпроводной линии пришпандоривают туда ещё и зубья, то ёмкость линии в соответствие с формулой увеличивается. Стало быть фазовая скорость уменьшается (замедляется).
Все ЗС можно представить как набор эквивалентных LC цепочек рис.9. и рис.10. Их два вида, это ФВЧ и ФНЧ фильтры верхних частот и нижних. А, на рис.4 амплитудно-частотные характеристики этих фильтров. ФНЧ (в идеале) пропускает частоты от 0 и до граничной частоты. Такие фильтры стояли во всех советских аппаратах с сетевым питанием. В основном чтобы не пропустить частоту сети 50 Гц. ФВЧ наоборот пропускает только частоты от и до бесконечности. Железяки со схемами ФНЧ для прямых волн, а ФВЧ обратных... Что такое прямые и обратные и о многом ещё, мы поговорим в следующей мини-лекции.
Более подробно все электронно-замедляющее взаимодействия в следующих мини-лекциях. В смысле про ЛБВО И ЛОВО...