Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью
Приведены результаты расчетов электродинамических характеристик (ЭДХ) волн высших типов (ВВТ) круглого диафрагмированного волновода (КДВ) с магнитной связью. Рассматриваются структуры как с параллельной, так и с перпендикулярной ориентацией щелей связи. Представлено сравнение полученных результатов...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108671 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью / М.А. Гусарова, Р.О. Болгов, Д.С. Каменщиков, Н.П. Собенин, С.Е. Топорков // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 79-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-108671 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1086712016-11-14T03:02:25Z Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью Гусарова, М.А. Болгов, Р.О. Каменщиков, Д.С. Собенин, Н.П. Топорков, С.Е. Элементы ускорителей Приведены результаты расчетов электродинамических характеристик (ЭДХ) волн высших типов (ВВТ) круглого диафрагмированного волновода (КДВ) с магнитной связью. Рассматриваются структуры как с параллельной, так и с перпендикулярной ориентацией щелей связи. Представлено сравнение полученных результатов с аналогичными для классического КДВ. Для наиболее опасных дипольных мод представлены результаты расчёта коэффициентов потерь и наведённых потенциалов. The higher order modes electrodynamics parameters of a magnetic coupled disk-loaded waveguide (DLW-M) have been presented. The structures with both parallel and perpendicular orientation of coupling slots are considered. The results for the DLW-M structure are compared with the classical DLW structure. Loss coefficients and induced potentials for the most dangerous dipole modes were calculated. Наведено результати розрахунків електродинамічних характеристик (ЕДХ) хвиль вищих типів (ХВТ) круглого діафрагмованого хвилеводу (КДХ) з магнітним зв'язком. Розглядаються структури як з паралельною, так і з перпендикулярною орієнтацією щілин зв'язку. Представлено порівняння отриманих результатів з аналогічними для класичного КДХ. Для найбільш небезпечних дипольних мод представлені результати розрахунку коефіцієнтів втрат і наведених потенціалів. 2012 Article Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью / М.А. Гусарова, Р.О. Болгов, Д.С. Каменщиков, Н.П. Собенин, С.Е. Топорков // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 79-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108671 621.384/6 (075) ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Элементы ускорителей Элементы ускорителей |
| spellingShingle |
Элементы ускорителей Элементы ускорителей Гусарова, М.А. Болгов, Р.О. Каменщиков, Д.С. Собенин, Н.П. Топорков, С.Е. Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Приведены результаты расчетов электродинамических характеристик (ЭДХ) волн высших типов (ВВТ) круглого диафрагмированного волновода (КДВ) с магнитной связью. Рассматриваются структуры как с параллельной, так и с перпендикулярной ориентацией щелей связи. Представлено сравнение полученных результатов с аналогичными для классического КДВ. Для наиболее опасных дипольных мод представлены результаты расчёта коэффициентов потерь и наведённых потенциалов. |
| format |
Article |
| author |
Гусарова, М.А. Болгов, Р.О. Каменщиков, Д.С. Собенин, Н.П. Топорков, С.Е. |
| author_facet |
Гусарова, М.А. Болгов, Р.О. Каменщиков, Д.С. Собенин, Н.П. Топорков, С.Е. |
| author_sort |
Гусарова, М.А. |
| title |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| title_short |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| title_full |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| title_fullStr |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| title_full_unstemmed |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| title_sort |
высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Элементы ускорителей |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108671 |
| citation_txt |
Высшие типы волн в круглом диафрагмированном волноводе с электрической и магнитной связью / М.А. Гусарова, Р.О. Болгов, Д.С. Каменщиков, Н.П. Собенин, С.Е. Топорков // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 79-81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT gusarovama vysšietipyvolnvkruglomdiafragmirovannomvolnovodesélektričeskojimagnitnojsvâzʹû AT bolgovro vysšietipyvolnvkruglomdiafragmirovannomvolnovodesélektričeskojimagnitnojsvâzʹû AT kamenŝikovds vysšietipyvolnvkruglomdiafragmirovannomvolnovodesélektričeskojimagnitnojsvâzʹû AT sobeninnp vysšietipyvolnvkruglomdiafragmirovannomvolnovodesélektričeskojimagnitnojsvâzʹû AT toporkovse vysšietipyvolnvkruglomdiafragmirovannomvolnovodesélektričeskojimagnitnojsvâzʹû |
| first_indexed |
2025-07-07T21:54:13Z |
| last_indexed |
2025-07-07T21:54:13Z |
| _version_ |
1837026775593385984 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 79
УДК 621.384/6 (075)
ВЫСШИЕ ТИПЫ ВОЛН В КРУГЛОМ ДИАФРАГМИРОВАННОМ
ВОЛНОВОДЕ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ СВЯЗЬЮ
М.А. Гусарова, Р.О. Болгов, Д.С. Каменщиков, Н.П. Собенин, С.Е. Топорков
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, Россия
E-mail: sobenin@mail.ru
Приведены результаты расчетов электродинамических характеристик (ЭДХ) волн высших типов (ВВТ)
круглого диафрагмированного волновода (КДВ) с магнитной связью. Рассматриваются структуры как с па-
раллельной, так и с перпендикулярной ориентацией щелей связи. Представлено сравнение полученных ре-
зультатов с аналогичными для классического КДВ. Для наиболее опасных дипольных мод представлены
результаты расчёта коэффициентов потерь и наведённых потенциалов.
1. ВВЕДЕНИЕ
В любой ускоряющей структуре происходит эф-
фективная передача энергии внешнего генератора
ускоряемым частицам. Одновременно происходит и
возбуждение пучком электромагнитных полей в
самой структуре, причем поля возбуждаются не
только на частоте основной ускоряющей волны, но
и на видах колебаний, обладающих аксиальной
симметрией и имеющих поляризацию. Эти моды
называют волнами высших типов. Воздействие этих
колебаний на динамику пучка может приводить к
потерям энергии частиц и развитию его продольных
и поперечных неустойчивостей [2].
Рис.1. Варианты структур типа КДВ
с магнитной связью
В качестве ускоряющей структуры для линейных
ускорителей электронов обычно используется круг-
лый диафрагмированный волновод, работающий в
режиме бегущей волны, или бипериодическая уско-
ряющая структура (БУС), работающая в режиме
стоячей волны. В первом случае связь между ячей-
ками структуры емкостная и дисперсионная харак-
теристика на волне Е01 положительная. Во втором
случае превалирует магнитная связь между ячейка-
ми и дисперсионная характеристика отрицательная.
Можно в КДВ, предназначенном для работы в ре-
жиме бегущей волны, увеличить связь между ячей-
ками в месте концентрации магнитного поля, и тем
самым увеличить значение групповой скорости. Та-
кая ускоряющая структура на бегущей волне с маг-
нитной связью (КДВМ-О) сочетает в себе преиму-
щества структуры на бегущей волне с электриче-
ской связью (малое время заполнения ВЧ-
мощностью) и структуры на стоячей волне (большое
шунтовое сопротивление). На Рис.1. показаны два
варианта реализации такой структуры [1].
2. КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРЬ
И НАВЕДЁННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
Для сравнения влияния наиболее опасных ди-
польных волн на пучок в структуре КДВМ-О были
проведены расчеты коэффициентов потерь и наве-
дённых потенциалов. Для оценки величины потерь
ускоряемого пучка на излучение той или иной моды
вводятся продольный и поперечный коэффициенты
потерь, определяемые в соответствии с выражения-
ми:
. . . .
|| , ,
4 4
n ø ýô n ø ýô
n n
n n
r r
k k
Q Q
ω ω ⊥
⊥= = (1)
где Qn – собственная добротность n-й моды: ωn –
циклическая частота n-й моды. Заметим, что этот
параметр не зависит от характеристик ускоряемого
пучка, а определяется только геометрией структуры.
Наведённые поля, вызванные изменением гео-
метрии резонатора, являются сложными функциями
координат и времени. Введение наведённых потен-
циалов облегчает эту проблему. Являясь независи-
мыми от времени функциями позиции в сгустке, они
определяют момент импульса в данной точке.
Функция наведённого потенциала – δ, характеризу-
ется геометрическим изменением и может исполь-
зоваться как функция Грина для определения сум-
марного потенциала в случае произвольного рас-
пределения заряда:
||
1( ) ( ) ,W s E v B dz
qr
∞
⊥
−∞
= − + ×∫ (2)
где q – элементарный заряд; r – радиальная коорди-
ната. Коэффициент потерь для волны E110 с наи-
большим значением поперечного шунтового сопро-
тивления имеет максимальное значение в структуре
с параллельной ориентацией щелей связи. Это на
20 % больше, чем в классических структурах КДВ.
3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛН ВЫСШИХ
ТИПОВ
Ниже рассмотрены электродинамические харак-
теристики волн высших типов в КДВМ-О с различ-
ной ориентацией щелей связи, а также в классиче-
ском КДВ. На Рис.2-4 изображены дисперсионные
зависимости структуры КДВМ-О с перпендикуляр-
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 80
ной и параллельной ориентациями щелей связи и
структуры классического КДВ.
Рис.2. Дисперсионные кривые для КДВМ-О
с перпендикулярной ориентацией щелей связи
при a/λ = 0,1
Рис.3. Дисперсионные кривые для КДВМ-О
с параллельной ориентацией щелей связи
при a/λ= 0,1
Рис.4. Дисперсионные кривые для классического
КДВ при a/λ= 0,1
Таблица 1
Характеристики ВВТ в структуре КДВМ-О
при βф = 1 (перпендикулярная ориентация щелей)
Тип
волны f, МГц Q rш,
МОм/м
k,
мпКл
В
⋅
Е110 8635 8872 28,32 43,3
Н111 10330 12492 0,22 0,29
Е011 10836 7652 1,44 4,65
H211 (||) 11814 12218 0,07 0,12
Н211 11985 12190 0,02 0,03
Е210 12109 15065 0,08 0,12
Е210 (||) 12238 15758 0,04 0,04
Е111 12643 9789 2,42 4,92
Н011 13120 17202 0 0
Е211 15218 9600 0,07 0,17
Н311 15758 12574 5·10-5 1,03·10-4
Таблица 2
Характеристики ВВТ в структуре КДВМ-О
при βф = 1 (параллельная ориентация щелей)
Тип
волны f, МГц Q rш,
МОм/м
k,
мпКл
В
⋅
E110(Y) 8586 8682 37,5 58,2
E110(Z) 8739 10223 41,8 56,1
H111(Y) 10264 12574 0,19 0,25
H111(Z) 10390 13052 0,09 0,11
H211 11983 12243 0,03 0,04
E210 12089 14448 0,14 0,18
E111(Y) 12242 8846 4,0 8,69
E111(Z) 12567 8947 4,13 9,12
Таблица 3
Характеристики ВВТ в структуре КДВ при βф=1
Тип
волны f, МГц Q rш,
МОм/м
k,
мпКл
В
⋅
E110 8614 13838 44,96 44,0
H111 10410 12809 0,02 0,34
E011 11263 9205 4,72 9,08
E210 11907 14209 0,09 0,13
H211 11998 12241 0 0
E111 12567 8621 4,40 10,70
H011 13121 18852 0 0
H311 13764 13121 0 0
E211 15233 9911 0,07 0,18
Для каждой характеристической точки на дис-
персионной кривой, соответствующей пересечению
этой кривой и линии скорости света, определены
значения резонансной частоты, собственной доб-
ротности, шунтового сопротивления и коэффициен-
та потерь на излучение. Результаты представлены в
Табл. 1-3. В расчётах использовался резонансный
макет с видом колебаний 2π/3 на рабочей частоте
5712 МГц при относительной фазовой скорости
волны βф, равной единице. Отношение радиуса диа-
фрагмы структуры к длине волны основной моды
f, МГц
f, МГц
f, МГц
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 81
а/λ выбрано равным 0,1. Для мультипольных волн
вычислялось поперечное погонное шунтовое сопро-
тивление, а для монопольных – продольное погон-
ное шунтовое сопротивление.
Рис.5. Распределение электрического поля
в структуре КДВМ-О дипольной волны E110
На Рис.5 представлено распределение электриче-
ского поля наиболее опасной дипольной волны
структуры КДВМ-О с перпендикулярной ориента-
цией щелей связи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотрены электродинамические характеристи-
ки в ускоряющих структурах типа КДВ и КДВМ-О
с различной ориентацией щелей связи. Были рассчи-
таны продольное и поперечное шунтовые сопротив-
ления (для монопольных и мультипольных волн
соответственно) для синхронных с частицей волн
высших типов. Наибольшее влияние на динамику
пучка оказывает дипольная волна Е11, что подтвер-
ждается известными теоретическими и эксперимен-
тальными данными.
Структура КДВМ-О наиболее предпочтительна
для ускорения электронов, нежели обычный КДВ,
так как имеет более высокое значение шунтового
сопротивления на основной волне E010. Для сравне-
ния влияния наиболее опасных дипольных волн на
пучок в такой структуре были проведены расчеты
коэффициентов потерь и наведенных потенциалов.
Видно, что коэффициент потерь для волны E110 име-
ет максимальное значение в структуре с параллель-
ной ориентацией щелей связи, что на 20 % больше,
чем в структурах КДВ и КДВМ-О с перпендикуляр-
ной ориентацией щелей связи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. R.O. Bolgov, et al. Magnetic Coupled Disk-Loaded
Waveguide // XXII Russian Particle Accelerator
Conference, Protvino, 2010, p.319-321.
2. В.И. Каминский, Н.П. Собенин. Высшие типы
волн в элементах ускоряющих структур. М.:
МИФИ, 2002, с.43-57.
3. О.А. Вальднер, Н.П. Собенин. Диафрагмирован-
ные волноводы: Справочник. М: «Энергоатомиз-
дат», 1991.
Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г.
HIGHER ORDER MODES IN THE DISK-LOADED WAVEGUIDE WITH ELECTRICAL
AND MAGNETIC COUPLE
M.A. Gusarova, R.O. Bolgov, D.S. Kamenshikov, N.P. Sobenin, S.E. Toporkov
The higher order modes electrodynamics parameters of a magnetic coupled disk-loaded waveguide (DLW-M)
have been presented. The structures with both parallel and perpendicular orientation of coupling slots are consid-
ered. The results for the DLW-M structure are compared with the classical DLW structure. Loss coefficients and
induced potentials for the most dangerous dipole modes were calculated.
ВИЩІ ТИПИ ХВИЛЬ У КРУГЛОМУ ДІАФРАГМОВАНОМУ ХВИЛЕВОДІ З ЕЛЕКТРИЧНИМ
І МАГНІТНИМ ЗВ'ЯЗКОМ
М.А. Гусарова, Р.О. Болгов, Д.С. Каменщиков, М.П. Собєнін, С.Є. Топорков
Наведено результати розрахунків електродинамічних характеристик (ЕДХ) хвиль вищих типів (ХВТ)
круглого діафрагмованого хвилеводу (КДХ) з магнітним зв'язком. Розглядаються структури як з паралель-
ною, так і з перпендикулярною орієнтацією щілин зв'язку. Представлено порівняння отриманих результатів
з аналогічними для класичного КДХ. Для найбільш небезпечних дипольних мод представлені результати
розрахунку коефіцієнтів втрат і наведених потенціалів.
|