Построена нелинейная нестационарная самосогласованная теория взаимодействия винтового пучка электронов с волной в продольно-неоднородном цилиндрическом волноводе с импедансными стенками. В рамках данной теории задача возбуждения неоднородного импедансного волновода была впервые сведена строго к системе уравнений в частных производных, относительно двух переменных.
Разработан компьютерный код для расчета КПД и выходной мощности терагерцовых гиротронов с учетом омических потерь в стенках резонатора гиротрона и конверсии мод на неоднородностях резонатора. Конкретные численные расчеты проведены для 0.46-ТГц гиротрона в Университете г. Фукуи (УФ, Япония) и 1-ТГц 5-кВт гиротрона в Институте прикладной физики (ИПФ, Россия). Также представлено сравнение расчетов с результатами традиционного (несамосогласованного) рассмотрения омических потерь и с имеющимися экспериментальными данными.


Рисунок 1 – Выходная мощность ИПФ (а) и УФ (b) гиротронов в зависимости от магнитного поля, где кривая 1 - расчетная мощность без учета омических потерь; кривая 2 - результаты расчета, учитывающие омические потери несамосогласованным образом; кривая 3 - расчетная мощность при самосогласованном учете омических потерь; точка с горизонтальной планкой погрешностей - измеренная выходная мощность ИПФ гиротрона; кривая 3* - измеренная выходная мощность УФ гиротрона в произвольных единицах измерения.




Рисунок 2 – Выходная мощность УФ гиротрона (а) и пример конверсии мод (b) в резонаторе ИПФ гиротрона. На Рис. 2а кривая 1 - расчетная мощность при самосогласованном учете омических потерь в резонаторе гиротрона; кривая 2 - измеренная выходная мощность УФ гиротрона в произвольных единицах измерения
