Псевдогиперболоид 2-го порядка – универсальная платформа управления волнами. Владимир Игоревич Хаустов

волны)

      Замечание!

      Рисунки № 8,9,10 показывают макроскопическую геометрию для наглядности. Толщина кольца апертуры = расстояние от оси фокусов до усечения гиперболы оптимально выбирается близким к λ для подавления паразитных мод, максимального согласования импедансов, обеспечения однородности фазового фронта.

      Применение псевдогиперболоидной поверхности в газодинамической лазерной генерации имеет свои особенности. Для газодинамической лазерной генерации резонатор должен быть полно проходным для обеспечения газового потока. Здесь возможна реализация двух типов генерации мощного ЭМ излучения:

      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