Об учете поперечных движений электронов в резистивном усилителе

Резистивный усилитель – вакуумный СВЧ прибор, не получивший распространения, но снова привлекший внимание. Основные особенности – отсутствие необходимости в замедляющей системе и почти полное отсутствие обратной связи между выходом и входом. Усиление происходит благодаря сдвигу фаз между электронным потоком и переменными составляющими поля, возникающего благодаря присутствию поглощающих стенок.
В классическом варианте данного прибора высокие значения коэффициента усиления имеют место при замене покрытия из обычного диэлектрика метаматериалом с $\varepsilon< 0$.
Рассмотрена линейная теория резистивного устройства с бесконечно широким электронным потоком и соосным пучку магнитным полем. Произведен учет поперечных движений электронов. Рассмотрены случаи, когда поток движется сквозь среду с $\varepsilon> 0$ и $\varepsilon< 0$.
Данная работа оригинальна тем, что для резистивного усилителя впервые произведен аналитический учет поперечных движений электронов, модуляции пучка и снятие сигнала с помощью отрезков линий передачи.
Показано, что влияние поперечного движения электронов и попутного потоку магнитного поля приводит к дисперсионному уравнению шестого порядка и появлению циклотронных волн. Рассмотрено приближение, снизившее порядок дисперсионного уравнения до четвертого и показавшее хорошее соответствие с общим случаем. В этом приближении при расчете коэффициентов усиления найдена вторая нарастающая, циклотронная, волна, которая на относительно больших длинах становится сравнимой с нарастающей волной пространственного заряда, что приводит к увеличению усиления.
В случае $\varepsilon< 0$ мнимые компоненты корней дисперсионного уравнения получаются больше и терпят разрыв. Расчет показывает большее усиление, чем при $\varepsilon> 0$ и при меньшей длине резистивной секции.