High-frequency properties of the electron flow slowing down in a planar diode

Abstract

The instability of the electron flow injected into a planar diode and slowed down in it under the action of the external electric field is investigated through the exact solution of the set of inhomogeneous hydrodynamic first-approximation equations of the stability theory. A dispersion equation has been derived, which relates the frequencies and increments (decrements) of arising electromagnetic oscillations to the parameters of the electron beam and the diode. The solution of the dispersion equation shows that in the diode, through which the slowing down electron beam is propagating, there arises the microwave oscillatory instability not described before. This instability occurs in the case when in the steady-state condition there is no potential minimum in the diode. The experiments have confirmed the occurrence of oscillatory instability with theoretically predicted frequencies and decrements in the corresponding beam and diode parameter regions.

На основі точного рішення системи неоднорідних гідродинамічних рівнянь першого наближення теорії стійкості вивчена нестійкість електронного потоку, інжектованного у плоский діод і сповільненого в ньому під дією зовнішнього електричного поля. Отримано дисперсійне рівняння, що пов'язує частоти і інкременти (декременти) виникаючих електромагнітних коливань з параметрами електронного потоку і діода. Рішення дисперсійного рівняння показує, що в діоді, крізь який розповсюджується сповільнений електронний потік, виникає не описана раніше нестійкість коливань у СВЧ діапазоні. Ця нестійкість має місце, коли в стаціонарному стані мінімум потенціалу в діоді не утворюється. Експериментально підтверджено виникнення нестійкості коливань з передбаченими теоретично частотами і декрементами у відповідних областях параметрів пучка і діода.

На основе точного решения системы неоднородных гидродинамических уравнений первого приближения теории устойчивости изучена неустойчивость электронного потока, который инжектирован в плоский диод и замедляется в нём под действием внешнего электрического поля. Получено дисперсионное уравнение, связывающее частоты и инкременты (декременты) возникающих электромагнитных колебаний с параметрами электронного потока и диода. Решение дисперсионного уравнения показывает, что в диоде, через который распространяется замедляющийся электронный поток, возникает не описанная ранее неустойчивость колебаний в СВЧ диапазоне. Эта неустойчивость имеет место, когда в стационарном состоянии минимум потенциала в диоде не образуется. Экспериментально подтверждено возникновение неустойчивости колебаний с предсказанными теоретически частотами и декрементами в соответствующих областях параметров пучка и диода.