Псевдогиперболоид 2-го порядка – универсальная платформа управления волнами - страница 6

1.      На основе быстрого расширения газа в осевом направлении резонатора (классическая схема газодинамического лазера).

2.       За счёт быстрого локального нагрева в осевом направлении резонатора (например, в ударной волне – тепломеханическая накачка).

В любом случае псевдогиперболическая поверхность должна быть полно проходной.

Таким образом, в конструктивном плане, в зависимости от назначения, псевдогиперболоидный резонатор направленного излучения может быть изготовлен полно проходным или замкнутым для входного энергетического потока, см. рис. № 9.

Замкнутый тип. Полно проходной тип.

Рис. № 9. 3-D модели двух типов псевдогиперболоидных резонаторов.

Дополнительно, каждый тип псевдогиперболоидного резонатора по выходному каналу может быть открытого типа и полуоткрытого, см. рис. № 10.

Открытого типа Полуоткрытого типа

Рис. № 10. 3-D модели выходных каналов псевдогиперболоидных резонаторов.

Рассмотрим особенности использования псевдогиперболоидного резонатора в различных электромагнитных диапазонах.

1 Физика СВЧ-потоков в псевдогиперболоидном резонаторе

Псевдогиперболоидный резонатор представляет собой полость с криволинейной внутренней поверхностью, сформированной вращением усечённой трактрисы. Такая поверхность обладает переменной отрицательной кривизной. Необычная геометрия стенок заставляет СВЧ-волны многократно отражаться по строго согласованным траекториям: каждая точка поверхности резонатора ориентирована таким образом, чтобы отражённая волна постепенно «переходила» в направленное движение вдоль оси симметрии.

Результат – формирование узконаправленного СВЧ-потока цилиндрической формы по линии фокусов превдогиперболоида.

Принцип тот же, что и у параболического зеркала: все лучи, отражённые от поверхности, собираются в один направленный фронт. Но в отличие от одномерного фокуса – здесь трёхмерное отражающее пространство на основе кривых второго порядка, работающих в синергии. Это обеспечивает пространственную самофокусировку.

Режим волновода

В псевдогиперболоидном резонаторе действует волноводный эффект. EM-волны (в частности, TM или TE моды), возбуждённые, например, магнетроном, попадают в геометрически замкнутое пространство. В зависимости от размеров полости и длины волны имеются резонансные условия, при которых внутренняя структура “настраивается” на устойчивую стоячую волну, усиливая поля.