HEM и TE/TM моды, Вопрос для знатоков Опции

[diomidovich]

Вопрос, собственно, следующий.

Является ли HEM мода сомостоятельной "боевой единицей" в том смысле, что возбуждение одной из её компонент (например, ахиальной компоненты электрического поля) автоматически означает появление всех остальных магнитных и электрических компонент поля.

Или же, НЕМ мода это не более чем обозначение комбинации ТЕ и ТМ мод с одинаковыми индексами, и возбуждение одной из компонент электрического поля (например, радиальной компоненты) ни в коем случае не приводит к автоматическому возбуждению ахиальной компоненты электрического поля.

Другими словами - является ли НЕМ мода просто обозначением линенейной комбинации ТЕ и ТМ мод, или это самостоятельная мода.

Кто разбирается в этом МОДном заопарке - подскажите, пожалуйста.

[diomidovich]

Ну, не совсем так, всё-таки.

Это только в классическом магнетроне со связками длина анодного блока как правило ограничивается четвертью длины волны и вся резонаторная система (по длине) также не намного больше этой величины. Действительно, тогда по оси магнетрона (или коаксиала, внешняя поверхность которого гофрированна в азимутальном направлении) осевая компонента СВЧ поля есть стоячая волна (для низких частот) (или, вернее, вообще никакой волны нет, так как нет вариаций электрического поля по длине) а по азимуту - азимутальная компонента есть (для этих же и для всех остальных высших гармоник) бегущая волна.

Однако, уже в релятивистких магнетронах без связок, длина анодного блока, как правило, составляет половину длины волны, на которой магнетрон работает. При этом, существует два варианта вывода энергии из релятивистского магнетрона. Радиальный - через щель прорезанную по длине задней стенки одного из резонаторов анодного блока, и аксиальный - когда тот торец магнетрона, который противоположный тому, откуда подаётся импульс напряжения, полностью открыт и переходит в цилиндрический волновод (антенну).

В последнем случае - коаксиал уже не закорочен со стороны выхода СВЧ мощности и волна образуется не стоячая, а бегущая. Если теперь у такого магнетрона увеличить длину анодного блока, до какой степени - это другой вопрос, то тем более волна будет не стоячая, а бегущая в двух перпендикулярных направлениях - в азимутальном и в аксиальном.

Нерелятивистские магнетроны также делаются и с длинными катодами и серийно производятся, например, в Англии, e2v. Там, конечно, связки (straps) не работают, но есть другие технологии, которые позволяют магнетронам с длинным катодом (больше половины длины волны) вполне нормально функционировать. Электрическая компонента СВЧ поля по оси магнетрона в этом случае ненулевая, но волна стоячая, так как резонатор закрытый со всех сторон.

Теперь ответ на Ваш вопрос. В случае коаксиального магнетрона продольными полями я называю поля направленные по оси магнетрона параллельно катоду и перпендикулярно радиальному электрическому полю. В классическом магнетроне со связками (~1/4 длины волны) и с гладким цилиндрическим катодом предполагается существование только продольного магнитного поля.

Теперь я задаюсь следующим вопросом - каким образом в классическом (ну, и в релятивистком так-же) магнетроне организовать также и продольное ненулевое электрическое поле осциллирующей СВЧ волны, тем или иным способом (не увеличивая длину анода). И ещё "меня терзают смутные сомнения" - а не возникает ли продольное электрическое поле в классическом магнетроне со связками и со СПИРАЛЬНЫМ катодом, который, в общем-то, есть элемент винтовой замедляющей системы расположенной на оси резонаторной системы магнетрона.

[andreysar]

А Вы не боитесь того, что при введении замедления поперек магнетрона, т.е. вдоль оси, сократится длина катода (при той же длине в лямбдах), а следовательно уменьшится ток, а следовательно уменьшится и мощность?

В случае спирального катода продольное электрическое поле несомненно возникнет, но оно будет больше "прижато" к катоду, в то время, как основное СВЧ-поле, с которым взаимодействуют электроны ближе к аноду. Может не получиться заметного эффекта. Не говоря уже о больших сложностях (в моем понимании), связанных с изготовлением и работой металлопористого катода очень сложной формы.
Так, что лучше все делать на аноде.

Делайте в аноде вместо чисто поперечных (т.е. продольных в Вашем понимании, т.к. они параллельны оси) канавок или резонаторов, наклонные, т.е. по спирали слегка или сильно, и будете несомненно иметь "продольное" электрическое поле.
Но тогда вопрос: чтобы взаимодействовать с этим полем электроны должны иметь компоненту скорости вдоль него? Т.е. электроны должны смещаться вдоль оси?