Utilisation et amélioration du modèle discret d'excitation d'un guide d'onde périodique pour la simulation pratique du tube à onde progressive en domaine temporel

par Pierre Bernardi

Thèse de doctorat en Energie, rayonnement et Plasma

Sous la direction de Fabrice Doveil.


  • Résumé

    Le présent travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation, en domaine temporel, de l'interaction entre un faisceau d'électrons et une onde hyperfréquence dans la structure à onde lente d'un TOP à hélice. Puisque le TOP est un instrument surdimensionné, les modèles non-stationnaires généraux utilisés dans les codes commerciaux nécessitent de trop grosses ressources de calcul pour pouvoir être utilisés en un temps raisonnable dans un but de conception. Il est donc nécessaire de faire appel à des modèles spécialisés. Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés au "modèle discret non-stationnaire d'excitation d'un guide d'onde Périodique" de S. Kuznetsov. En 2007, N. Ryskin et al. avaient prouvé que ce modèle pouvait convenablement s'appliquer aux TOP à cavités couplées dans le cadre d'une application à une dimension du modèle. Lors de cette thèse, nous avons démontré, via le développement d'un code à une dimension (HelL-1D), que le modèle discret s'applique convenablement aux TOP à hélice. L'implémentation de ce modèle, dans un code à deux dimensions (HelL-2D) a, elle aussi, été effectuée. Enfin, nous avons développé une méthode permettant de contrôler de manière quantitative, dans le modèle discret, les phénomènes de réflexions aux extrémités de la ligne à retard, qui peuvent jouer un rôle important dans la stabilité de l'instrument.


  • Résumé

    This Ph.D. work deals with the time domain modeling and simulation of the electron beam/wave interaction in the slow-wave structure of a helix traveling-wave tube. Since a TWT is a device of which the geometry is oversized then the commercial software based on non-stationary general models needs so much computational resources that it cannot be used for design activities. During this Ph.D., we focused on the so called Kuznetsov's "discrete model of excitation of a periodic waveguide" which is a specialized model of beam/wave interaction in TWT. By 2007, N. Ryskin et al., showed that this model could conveniently apply to TWT with coupled cavities structure in one dimension. During this thesis, we first demonstrated that the discrete model could also apply to helix TWT with a sufficient (1%) accuracy via the development of a one-dimensional software called HelL-1D. We also implemented the discrete model for helix TWT in two dimensions (HelL-2D code). Finally, we developed a method, which is an extension of the discrete model, and which permits to take into account quantitatively the reflection phenomena at the terminations of a slow-wave structure in this model. This last study was very important since the stability of TWT strongly depends on this parameter.


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