Трубецков Д.И., Храмов А.Е. - Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. В 2 т. [2003-2004, DjVu, RUS]

Предисловие 7
Лекция 1. Вводная 9
Основные особенности сверхвысокочастотной электроники. Пять идей, которые создали СВЧ-электронику. Индивидуальное излучение заряженных частиц (спонтанное излучение классических осцилляторов). Индуцированное излучение ансамбля возбужденных классических осцилляторов. Возбуждение резонансной системы заданным током. Стационарные уравнения возбуждения линии передачи электронным потоком. Нестационарная теория возбуждения волновода током медленно меняющейся амплитуды.
Лекция 2. Элементарная кинематическая теория клистронов 51
Модуляция электронного потока по скорости. Кинематический анализ процесса группировки электронов в пространстве дрейфа. 100$ идея братьев Вариан и Хансена. Клистронные усилители и умножители частоты. Некоторые результаты теории резонансных автогенераторов. Элементарная теория отражательного клистрона. Клистронный генератор с запаздыванием: от режимов монохроматических колебаний до режимов динамического хаоса.
Лекция 3. Волны пространственного заряда малой амплитуды 85
Гидродинамическое описание электронного потока. Волны пространственного заряда и группирование в пространстве дрейфа. Резистивный усилитель. Волны пространственного заряда в электронном потоке со столкновениями и диффузией. Двухлучевая неустойчивость (абсолютная и конвективная неустойчивость; глобальная неустойчивость). Неустойчивость Гельмгольца и об одной гипотезе образования спиц в кольцах Сатурна (многопучковая неустойчивость). Циклотронные волны. Связанные волны.
Лекция 4. Нелинейные явления в электронных потоках в гидродинамическом приближении 120
Неизлучательная неустойчивость Пирса. Диод Пирса: от регулярных автоколебаний к хаосу. Уравнения Годфри. Конечномерная модель колебаний в электронном потоке в диоде Пирса. Управление режимами колебаний в диоде Пирса. Нелинейные волны пространственного заряда.
Моделирование нестационарных нелинейных процессов в клистроне с помощью гидродинамических уравнений.
Лекция 5. Математическое моделирование нелинейных явлений на ЭВМ и оптимизация параметров пролетных клистронов 164
Каскадное группирование электронного потока. Многорезонаторные клистроны. Нелинейная двумерная модель взаимодействия электронного потока с ВЧ полями в клистроне. Уравнения одномерной релятивистской теории многорезонаторного клистрона. Моделирование и оптимизация многорезонаторных релятивистских клистронов. Двумерные эффекты в многорезонаторных клистронных усилителях. Многолучевые клистроны.
Лекция 6. Индуцированное и спонтанное излучение в резонансных автогенераторах 192
Индуцированное излучение в автогенераторах типа О. Спонтанное излучение электрона при произвольном движении через резонатор. Связь между индуцированным и спонтанным излучением электрона в резонансных автогенераторах. Сравнение классического и квантового подхода.
Лекция 7. Магнетрон, амплитрон и другие 201
Кинематическая дрейфовая теория движения электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях и в поле бегущей волны. Фазировка в скрещенных полях. Расчет мощности взаимодействия и к.п.д. применительно к плоскому магнетрону. Что вносит цилиндричность в физику магнетрона. Цилиндрический магнетрон: история
создания от Хэлла до Бута и Рэндала. Вильям Браун и усилитель со скрещенными полями. Карматрон и дематрон.
Лекция 8. Пространственный заряд в скрещенных полях 237
Пространственный заряд в скрещенных полях и три загадки магнетрона (свойства магнетрона при магнитном поле больше критического, когда генерации нет; начало генерации в магнетроне; есть ли вообще стационарный режим генерации в магнетроне). Неустойчивость электронного потока в скрещенных полях. Вычислительная физика и магнетрон. Связь с проблемой турбулентности в электронном потоке.
Сложная динамика пространственного заряда в усилителе со скрещенными полями.
Лекция 9. История создания лампы бегущей волны и элементарная теория взаимодействия электронного потока с бегущей электромагнитной волной 269
История изобретения Рудольфом Компфнером лампы бегущей волны. Роль Джона Пирса. Анализ взаимодействия электронного потока с бегущей прямой электромагнитной волной на основе метода последовательных приближений. Квадратичная группировка. Качественное описание процесса группирования электронов в бегущей волне. Принципы подобия для приборов с длительным взаимодействием (нерелятивистские и ультрарелятивистские пучки).
Лекция 10. Нелинейная теория лампы бегущей волны 293
Нелинейные уравнения ЛБВО. Линеаризация нелинейных уравнений ЛБВ. Дисперсионное уравнение ЛБВ. Закон сохранения энергии в электронном потоке, взаимодействующем с бегущей электромагнитной волной. Механизм фазировки в бегущей электромагнитной волне. Особенности и результаты решения задачи на ЭВМ. Спиральная лампа бегущей волны как основа усилительного модуля. Способы повышения к.п.д. ЛБВО.
Лекция 11. Лампа бегущей волны с цепочкой связанных резонаторов 330
Особенности физических процессов в ЛБВО с цепочкой связанных резонаторов. Об особенностях физических процессов вблизи границ пропускания периодической замедляющей системы. Дискретный и волновой подход к анализу взаимодействия в ЛБВО с цепочкой связанных резонаторов. Клистрон с бегущей волной. Линейные ускорители заряженных
частиц.
Лекция 12. Карсинотрон 367
Взаимодействие электронного потока с обратной электромагнитной волной. Карсинотрон. "Чужие следы на песке... — история изобретения лампы обратной волны Компфнером и Эпштейном. Теория пускового режима лампы обратной волны в приближении заданного поля. Нелинейное поведение лампы обратной волны (результаты стационарной
нелинейной теории) Лампа обратной волны магнетронного типа.
Лекция 13. Карсинотрон как распределенная автоколебательная система 396
Натурный эксперимент и нестационарная теория ЛОВ: от монохроматических автоколебаний через автомодуляцию к динамическому хаосу. Релятивистский карсинотрон: нестационарная теория и результаты численного моделирования. Влияние сил пространственного заряда и
отражений от концов замедляющей структуры на генерацию в релятивистской ЛОВ. Экспериментальное исследование сложной динамики в релятивистской ЛОВ. Релятивистский карсинотрон и радиолокация.
Лекция 14. Некоторые методы решения нелинейных нестационарных задач электроники 434
Метод «частиц в ячейке». Учет влияния пространственного заряда. Методы расчета полей в замедляющей системе: метод эквивалентных схем и уравнение возбуждения. Конечно-разностный метод решения нестационарных уравнений релятивистского карсинотрона в лагранжевых переменных. Математическое моделирование электронных приборов с помощью самосогласованной системы уравнений Максвелла-Власова. Применение метода функционального отображения к анализу нестационарных процессов в ЛБВ с запаздывающей обратной связью.
Лекция 15. Оротрон 470
Взаимодействие электронного потока с полями открытых резонаторов. Излучение Смита-Парселла. Оротрон. Основные уравнения трона. Некоторые результаты теории оротрона. Нестационарные процессы в оротроне. Методы повышения к.п.д. оротрона. Модификации
оротрона.

Предисловие ко второму тому 5
Лекция 1(16). Взаимодействие криволинейных электронных потоков с незамедленными электромагнитными волнами; гироприборы; пениотрон 7
Гироприборы: история создания и особенности конструкции. Резонаторы гиротронов. Собственные и вынужденные колебания резонаторов гиротронов. Уравнения стационарных колебаний. Укороченные уравнения автоколебаний в гиромонотроне. Интегрирование укороченных уравнений автоколебаний в гиромонотроне (теория слабого сигнала). Пусковой режим гиромонотрона. Мазеры на циклотронном авторезонансе (МЦАР). Другие разновидности гироприборов. Взаимодействие винтовых электронных пучков с незамедленными электромагнитными волнами в волноводе (гиро-ЛВВ и гиро-ЛБВ). Пениотрон — эталонная
модель распределенной системы с силовой группировкой электронов.
Лекция 2(17). Лазеры на свободных электронах 99
История создания лазера на свободных электронах. Семейство ЛСЭ: от микротрона до накопительных колец. Нерелятивистские предшественники ЛСЭ (параметрические усилители О- и М-типа). Основные принципы лазеров на свободных электронах. Элементарная теория ЛСЭ. Нестационарные уравнения ЛСЭ. Методика и результаты численного моделирования нестационарных процессов в ЛСЭ. ЛСЭ, основанные на излучении электронов в периодических статических полях и рассеянии волн электронными потоками: подход, основанный на введении сил Миллера
Лекция 3(18). Сверхизлучение в вакуумной СВЧ-электронике 167
Сверхизлучение Дике на примере возбужденных двухуровневых атомов. Ближнее поле элементарного электрического диполя. Кооперативное излучение осциллирующих электронов (линейная теория, численные ррезультаты). Индуцированное излучение, имитирующее кооперативное. Теоретическое и экспериментальное исследование генерации импульсов
сверхизлучения. Циклотронное и черенковское сверхизлучение. Феноменологическая модель электронной турбулентности.
Лекция 4(19). Сверхвысокочастотная плазменная электроника 208
Плазменно-пучковая неустойчивость и нерелятивистская плазменная сверхвысокочастотная электроника. Плазменная СВЧ-электроника: релятивистский виток. Пучково-плазменные СВЧ-лампы с длительным взаимодействием. Пазотрон. Лазеры на свободных электронах с плазменным заполнением.
Лекция 5(20). Электронный пучок со сверхкритическим током в плоском пролетном промежутке 279
Принципы подобия для динамики виртуального катода в одномерном приближении. Условие развития неустойчивости: нелинейная теория. Нелинейная динамика виртуального катода в пролетном промежутке. Феноменологические модели динамики электронного потока с виртуальным катодом в плоском пролетном промежутке. Особенности нелинейной динамики и образование когерентных структур в электронном пучке с виртуальным катодом в неоднородном ионном фоне. Влияние подвижности ионного фона на колебания виртуального катода
в плоском пролетном промежутке. Проблема ускорения ионов колеблю-
колеблющимся виртуальным катодом.
Лекция 6(21). Генераторы на виртуальном катоде 352
Предельный вакуумный ток. Типы конструкций и характеристики генераторов на виртуальном катоде (отражательные триоды, виркаторы на пролетном токе, редитроны). Нелинейная динамика генераторов на виртуальном катоде. Виркаторы с различными типами управляемой обратной связи. Связанные системы на виртуальном катоде.
Лекция 7(22). Синхронизация в СВЧ-электронике 408
Взаимная синхронизация отражательных клистронов. Синхронизация автоколебаний в распределенной системе «винтовой электронный поток-встречная электромагнитная волна». Особенности синхронизации колебаний в лампе обратной волны типа О. Влияние внешнего сигнала на хаотические автоколебания в гиролампе со встречной волной. Колебания и синхронизация в гиро-ЛВВ со связанными электродинамическими системами. Взаимная синхронизация магнетронных генераторов. Синхронизация систем с виртуальным катодом.
Лекция 8(23). Вакуумная микроэлектроника 494
Немного истории по Айвору Броди: четыре пути к вакуумной микроэлектронике. Кен Шоулдерс — пророк в вакуумной микроэлектронике. Автоэлектронная эмиссия — главное в вакуумной микроэлектронике. Закон Фаулера-Нордгейма. Катод Спиндта. Матрицы автоэмиссионных катодов. Триоды возвращаются? Распределенный усилитель с автоэмиссионными катодами — наиболее естественный прибор вакуумной микроэлектроники. Характеристики и модификации распределенного усилителя. Вакуумная электроника и электроника СВЧ: возврат к истокам. Гигатрон. О некоторых применениях вакуумной микроэлектроники. Туннельная микроскопия.
Лекция 9(24). Нелинейная нестационарная теория электронных приборов СВЧ с позиций нелинейной динамики 547
История исследований стохастических автоколебаний (динамического хаоса) в СВЧ-приборах. Нестационарная теория лампы обратной волны М-типа и ее результаты. Общие замечания об автоколебаниях в системах «электронный поток-встречная (обратная) электромагнитная волна». Динамический хаос в нерелятивистских электронных СВЧ-приборах. Шумотрон. Механизмы перехода к хаосу в релятивистских электронно-волновых системах. Управление хаотическими колебаниями в распределенных системах сверхвысокочастотной электроники.