De berekening met de gekoppelde-modetheorie van de
interactie van twee gekoppelde elektronenbundels
Citation for published version (APA):
Rooijackers, J. E. (1962). De berekening met de gekoppelde-modetheorie van de interactie van twee gekoppelde elektronenbundels. Technische Hogeschool Eindhoven.
Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1962
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at:
openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN
·~ STUDIEBIBLIOTHEEK
~~,, ELEKTROTECHNIEK
.f
TECHiflSCHE HOGESCHOOL EINDHOVEll
AJ'DELIRG DER ELEKTROTECHNIEK
Rapport 1962 EE .. 4
De berekeDiDC aet de sekoppelde-..odetheorie YaD de interactie Tan twee cekopR!lde elektroaenbuadela.
door
J.E. Roo;raokere
..
IDhoud.
De berekeniDI aet de gekoppelde-•odetheorie van de interactie van twee gekoppelde elektronenbuadela.
I Inleiding
II De
t...l-p
karakteristiek van twee zwak gekoppelde elektronenbundel met eindig axiaal aagneetveld III De mode-vergelijkingen voor de ruimteladinssgolven IV De interactie van de golven bij twee oneindige bundels V De mode-vergelijkingen voor de tijdsafhankelijkheid VI De •ode-vergelijkingen voor de transversale golven YII Conclusie VIIILiter a tuur IX Figuren blz. 1"
'
"
12"
23
"
41"
52
"
58
"
59
.. 1
-Saa
1P"'•tSYI•
Ia 41.t np]tftt word.ea d.e aodea 'l'oor J'11i.Mellljt.acaplna , . C7'flotn . . golTea fta 66a elektronenbuad.el •ed.•tillieerd.. Yew twee pkoppel4e w.teltl word.ea 4! aod.!Ytrpli~ld.apa afpleicl YOOl" de l"ddftelaU-COlT!D (ia llet ea.e pftl • t •• tr••••tie r•eel 1 ia :Ut . . .
aeftl
• t •• YoO.tpl.aa• . tiacaeoutaate ias:Juir) ••u
cJclotroqolna. . , , •• pkeppel4e-ao4e• uaa4eriac wwclea clese ao4eTercel13k'•pll ftfte&'f011ti.c4. Vit u t Yerl•ep na het Yenopa aet 4e atataad •• de euerpe a1a tu.ctie .,.. cle ti~4 la ,het ll& te p.8l1 welke golYeD. optreeleDeIel!leidiy.
Iacliea Ma nee elektro.,abUDdela koppelt sa1 er iateraetie ,,. . . . ,.. tuana •• 41Yei'H sol••• ftD • • bei4e bud.ela. Ma • • dit tot 'dt~ breqea ia 4e w- fi karakteriatiek cl.i. het Y!rltaad , . . _ llet reële 4M1 YRa cle frequentie ea het iaaginaire deel van •• . . -...tplaatiacaeoaataate. De • •
p
karakteristiek ltaa ~ op ••rsohillea4e ..S.erea bepal•• \d.~Y,Mt behulp .,.. • • • tiaperaieforaule cl.oor ... at . . . . riek op te 1 . . . . ar cloor dese op eea seaohikte Wijse te Y!l"!eDYOUcli.... B8a aalere aetllol! word.t ia clit npport behan4el4, al. het bepalea
.aa •• " •
~ karakteriatiek aet 4e gekoppe14e-aodetheorie.Bij cleae aetho4e saat • • eerat na welke poot~eall!t ...,.., .,... 66a buadel b!palea. Dit sija bij ruiatela4iapplfta cle bud.el-kiaet:l.ae._ wiaelapaui.. ( Y 1) •• de wiaaelstrooa ( -i1), Yaa cle., p-ootlleclea Yorat aea lilleaire coabiaatiea, ·
«•
aodea. Dese ao4ea' w01'4• so ce4et:l.a1eer4 4at het kwadraat .,... cle abaolate waar«e ••• aaat ia Yoor 4e ••raoceaa .,... cle . colTea (b.Y. de eerate . . . . Yoor de aaelle, de aactere aode Yoor delaDe-sa•• ruiatela4iqalolf'). Dl.clitterentiaalYerpli~a, 4ie 66a b . . . . l.
~eaohrijYea, ~- aet de.aolea !eDYOU4iger paebreY!D ea l! . . kkelijker epgeloat w01'4ea. Bij koppeliq taaaea twee elektHaenbu4ela • . . . _ •• aoclea fta iedere 'ba4e1 ats . . . erlijk 'bepaald.. Daaraa worclea de
diff'era-tiaalYerl!lijkiagea •oor de bei4e 'bUDdela ia •••• . . . seaohreYea,
waar-doOl" •• lilleaire ditfenatiaelYerplijkiapa.,... te " " ' ' or41e wOI'clea. Iaü.ea 4e koppeling tuaHD de 'bundels nak ia • - cle •erll.owti. . . .,.. . . . 4riftaa.elhe4n .,... cle beide badels guaattc ld.eat, Jaoett MB YOW de .,.,..,.
2
-ene bundel en ééa aode van de andere bundel te b~acbouwea. De ditterea-tiaalvergelijkingea worden hierdoor drastisch vereeavoudigd. fevena sija de aode~, na invoeren van rand'V'OOI"W&arden, expliciet op te loseen en kaa aen het vermogen als tunetie van de afstand tekenen. Uit dese figurea kan aen bepalen of aen in het beschouwde geval versterking kaa krijgea of dat uitdeapeade golven optreden. Dezelfde procedure kan aea toepaaaea voor aodea, die de enersie ~ertegenwoordigen. Men kaa hieruit bepalen of bij interactie tussen twee golven iaatabiliteitea optredea.
Ia hootclatû II worden cle clisperaietoraulea voor een plaaaa, ééa elektronenbundel ea twee gekoppelcle elektroneabuadela besproken. Er wordt aangegeven hoe un hieruit de tt •
P
karakteristiek kaa bepalen. Vereter worclt uitvoerig besproken boe aet de gekoppelde-aodetheorie dew •
~ ka• rakteriatiek geschetst kan wordea. Er worden w - ~ karakteristieken ge-geven voor twee eindige en twee oneindige buadela. Bierbij worden de buadela zowel naaat elkaar, ala tegen elkaar ia geachoten.Ia hoofdetak JII:wordea de aodea voor de ruiatela4ingagolven gedefi-nieerd. Hierbij ia de frequentie reëel. Voor twee cek.oppelde bUlldele wo..Sea de bewegi~gavergelijking en de continuiteitavergelijking in de optrede••• aodea geachrevea~ Er ia aangeseven hoe aen door de gekoppelde-aoclebeu.-clerins toe .te paaaen de aode-vergelijkingen kaa vereenvoudigen.
Boofclattalt VI pett de foraulea voor de tateracties tussen de di ver . . aodea bij r~eladingagolven. Er wordt ateeda het geval behandeld waar,ij de buadela ia deselfde rich~iag bewesen en het geY&l waarin se tegen el•
kaar in worden geschoten.
Ia hoofdetak Ywordea de aodes van de raiatelacliagagolvea vaa ééa b\UUlel pclefiaiee..S, waarbij aaagenoaea ia dat de voortplantiqscoutan'e sulver iaainair ia (
r
s •jp ).
Voor de koppelJ.as 'tuaell twee badelsworden cle aode<rerselijkiagea
sece••••
Voor de iateractie tussen een aaelle en een l&a~.... solt wordt nacesaan hoe het ... ~lie-verloop ala tunetie vaa de tijd ia.In àoot4atü
VI
wordea. de aod.ea voor de qelotroqol ven vu 6én 'buJMiel gedefinieerd. Yerder worden de aode-verseli~ngen voor de c7clotron solvea . . . twee celtoppelde bundele atplei4. Dese sija .,. . . een vrij gecoaplice•rd• vora. la de coa.oluaie ia een uitgebreid literatu-.oversioht gegevea.-
'
-II.De
w •
I .lartkterittiek Yan tweè swak &ekopnlclt tle:ttroaea)i•af•ll aet eia41è axiaal l!l!••t•e141Beà ~~·- wordt sedtliaieercl &la !!D gedeeltelijk aeloaiaeerd l&ft ,dat elektrisch ne•traal ia. Het wordt hier Yeroa4tratt14 de Y01cea4t
eipaachappea te ltellitteD:
1. De ioaea lteweaea Biet, terwijl de elektroaea doOl' het kelt p l a
-kuanea ltewegea, (De ioDen aijn oas••••r 2000 aaa1 •• swaar ala 4t
elelttroaen ea wordeD d.ua praktisch Biet 1teiaY1Mfl • • • de Wiutlft14e*).
}, De elektroua 'botaen aiet tegen cle ionen ea eft..S.a oadtrlial•
4.
De neutrale aoleculen apelea aee• rol.Voor een stationair p l a - ia een ronde celfpij• • t eea eiadia axiaal •aa••t•el4 (8
0) Yindt • • yoor de diaperaie•Yel'&!lijJd.q ,.... de
!l!kti'O•kiaetiacbe SOlYeB (lit.2•11 2-21 2•3)t
aet a T • radiale Yoortplantia.gaconatante
p •
azialt YOOI'tplaatiDI8CODStantt 2 epi .. , • pla••·lloek•frequentie (wp • c a> 01•1
8 w • orelotroa-lloe:t-trequentie (w • • • .!) c c • M • r.t.-aica&&l-lloe:tfrequentit e • ladiag RD Jaet elektron (e < o)p
0 • paiddelde lacliqad.ichtlleid (p 0 <e)
c
0 • 4ielektr1acbe oonataate 'ftln
••n•
• • aaaaa Y&D het elektron,
4
-De radiale yoortplaatingacouataate (T) wordt '•paald door de
raad-Toorwaarde ea aoet Yoldoea aaa de relatie:
1' ( IJ '.,) R z: } p,q (2-2)
R • atraal Y&a de golfpijp.
} p,q • q0 a1ll.pw.nt Yan de p0 Beaaelfuactie.
De 1t • fS karakteristiek behoreDCie bij de betrekk:l.q (2-1) worit
sese••~ ia
tisuur
(2-1).Beweest ket plasma aet ••• driftaaelheid (y0) doo~ de coltpijp
(aea apreekt au ••• eea elektroneabundel), daa Yiadt . . . de diaperaie• Yerselijkia& door ket toepaaaen van de Galile!-tranefor . . tie
1 1
(w z: w.
+IJ "'•
eaP • P )
op de ••rselijkias (2-1):2 2
T • • IJ (2-3)
(lit. 2-2 ea 2-,)
Ook hier Yoldoet T aaa de relatie (2-2). De w -
p
karakteristiekYaa de elektronenbundel ia aese•e• in figuur 2-2.
Yoor eea oneindige bUDtel Yiaden weT •
o,
..aat R .~. Ia dit ce•al ia de-tiaperaiefor.ale:(2-lt)
De aiet-triYiale oplosaiasea ••• dese Yerselijkiac worden geYoD4ea door te stell••=
-
5-.. 2
1. '1 •
I
•
o
,(~-~·e>2
2.
Ala axiale •oortplaatinaaeoáataatea Yiadt . . . ,
a + • •
..:!.. (•
+fit )"'- • - p
•
•
t • '
De.taa .... lbe4ea aija:
..
• +•'I""". p - P .....:t
... 2 1 - _ ... 11[ ... ' 1:.2·
<•-,...> ...
••
.
..
Ala axille Yoortplaatingaooaatantea Yia4t . . . ••:
1
'
-..
--
• . -....
e ).. . e
Met ale taeeaaelhedea:
..
... =
P.t-
,.
.t
"'•
.
.
; 1 -+-;-
e (2-5) (2-6)Het ... , . . . 1 OaYat •• raiatelaliacacol .... Bet tweede
s•Yal
•• OJaletroaa•l•••· Het boYeaate tekea slaat ... •• •• aaelle colY . . , het oaderate tekea op ••laacsaa•
sol•••·Do ...
lle col••• oatleaea h . .U U aaa het feit dat hua f&Maelhe14 croter ia 4aa ~· 4ri ttaaellae14.
Yoor bepaa14e tnqueatiece'bie4ea ( .. <w 1 w<w
8) he'bbea •••• aaelle plna:
. p
••• aeaati•••. Yoortplantiaaae ... taate (~). Dese wordea •• aaelle
"ltaalr::wart" . . 1••• aeaoea4 (tast baclatari CJolotra ··•••• taat backwart apaee ourae ftYe). Opaarkelijk ia het dat dese "'bJlclarard" aol•• "aael" ceaoe . . wordea, OBdaaka het feit dat de abaol•te waarde
..a ...
taae• laaelhedea alet ,roter behoeft te sijD daa Y • De laS~ lOlWeD heb'beaI e
••• taaeaaelhe14 kleiaer 4aa de 4riftaaelhe14
<•.>•
De croepeael•et4..a
alle
opred•••
colYen ia woor het oabecreaede p't'al oaathaû:elijk • • . . trequeatie •• celijk ••••• drifteaelheid:6
-De 11 •
IJ
karakteristiek 'f'&D. de oneindige elektroaenbundel wor4tcegeYeJ door tiguur
2-3.
We si~n dat 'f'ier soorten colYen optreden:
cle &D.elle orclotrongolf (laat CJeletroD W&'t'e
•
I'C) de snelle ruiate-ladingacolt (tast apace charge wa't'e, P'S)de laDCza . . ~ate-ladiagacolt (slow apaee charge wa't'e, SS)
de laagsaae crclotroncolt (alow crelotron wa't'e
•
SC)Indien een tweede elektronenbundel in of naaat de eerste wordt seachotea geelt B.Yural (lit.2-2) 'YOOr de diaperaie'f'ercelijking 'YaD het begre~acle ceftl Mt een eiadis axiaal •saeet'Yeld (B
.> :
(2-8)
=
axiale 't'oortplantiagaconatante=
pla . . . -hoek-trequentie resp. Yan de eerste en tweede baDt•l=
drittanelheid resp. van de eerate •• tweede buadelVoor apeoiale ce't'allea wordt 4e •ieperaieforallle Yoor twee elek• tronenbundels ia de literatuur atselèid: 'YOOI' eea oaein41c sroot axiaal . . caeetvelcl (B
0 • • ) door M.!. Vlaardincerbroek, K.R.U.Weiaer en
H.J
.c.A.
Kwm:Lak: (lit.2-4); 'Yoor het oabe,reaadec••al
ceooabineercl • ' ••• oaeincU.c poot axiaal •peetYelcl (lf -=o,
B8 • • ) door
L.s.
lferpa.J'I(lit.2-5) ea door A.v.Baalt (lit.2-6). Door B. Yval w~rd de Yerseli3ldJic (2-8) ia eea ceaoraa~aeerde Yora seachr•••• •• kwaatitatief opseloat met een digitale coaputer (lit.2-2)
Bet ia Hhter oek •pli~k û .. - f3 lcal'~e~iek YM . .
tw•
ltudela te • • • - door 4e iatvaotie • - • 4e ...
a.ul .... plwa 't'Mi
de twee 1ru4ela te lteat.una. lDtiea iD • • 1tepu14 ' " ' . . .U....ti. ..
••• solt •• u
eerde lluadel • • . . . . .,.._. nea pete a c•U~~Iltet . . 8Delhe14 heeft ala 4e t-a.U.e14 ftD MD
,-u .,
te ...,.
'lta4e1 kaa iateraeUe optre4ea. De riehüq waarta 4e ~ 'fU . . . . . .-Jr.oppel4e lelfta .VO.a ltepu.lt 4e aoort 1Dte•U.• ..U. opWeeM. U. aekeppel4e ··•••theorie l . . rt clat bij i.Jaterao,tie haaea - .
plwa, ...,...._
bij . .•••st••·
ia 4eul.t4e ft.ohtiDs . . . _ . . • - 11 ~·kwortt ... 4oor
ttcar·
2_...1UJ
te,.apneu .-...
_..s..ia .,.._ , loopt 4e • • IJ karakteriatiek ale 1rl t i p e2·'
(Ut.2•? ea 2-8). lila-.oet nJt.ter • • de ftNacl•aMlliq a i t - . . , •• WH el~
•*
eekeppelel ld.ja oa 4e ,.,_ppel.tl.-4e-U..Orie te - . - , • . , . _ .Yolseu
a.w.
Goul4 (1it.2-9)taeeft
4e aroep . . . lluti4 1t1~ 1 - - - pl'fta • • riahttac tec..,.ate14 - tie, wUria 4e•....S.• .-...
tieri.owie
ut
Mp11jk tat bi.j te,....ateld ceriahte 41"1ft-llleta 'fUu
hlulela, waar1t1j du de pooepael.hedea YaD • • ColYU ,.._. tqea
.tka•
ia aerielt.t sija, er toeh 1Dteraet1ea •u solfta
Jra-•
epbe._ ~•• •••peia
iD . . . l t ü neht1q atro•• (111.2-'tlt) . . . . eea ~elle •• . . . laqa .... 1olt..-u.jk.
Bij •••lt . . twM telfta ...._.. 4e e».vsieia :lil tepapate14e riohtilll wuuer •• ~ cel~ c•rioht.tJa
(til.2-,a).DcHII'tat •• • weteB dat 1t13 teceuceatel4e dri.fteaellletn • • twee lnm4ela e•». uelle ea •••
lue ....
solt dealt . . e...,teriohtiq,-..uelle •• twee laqaue
aolftll
teceuceate14e e~ollti..qea M1t1tea,laarm.ea •• de optndead.e J101811~ldut4eD • u i.DterMUea ce•••
•al•
ia taltel 2-1. De letter 8 . . . , .- d a t
de euqie i.D 4etielfde rielltiiiCstro~ ( .... ).
o c••tt
aaa dat de eaersierioklilll teaeace.te14 ia(oppoaite). Ia tabel
2•2-we.tea
de aogelij~ 1t1j twee 1tun4ela . . , plijqvial&te 41'1ftaellle4ea ceceYe».. Bieftij' heMt• Ha lláell•· u Hll lucsaaelOlt
teseuceatelde eaereieriahtiqea (O), - . . aeU•et
bH llllliUM plwa 4e•lfde neqieriohtial (l)o8
-tû•l 2-1.
llO eoabiaatie richting van enerste opmerld.q
~ I
:rc
2 +ss
1 zelfde (S) Isa2
+:rc1
"
(S)u
:rc2
+sc1
"
(S) IIsc2
+ro1
"
(S) + I koppeling ... + ~. anelle "'baobrard."III
:rs2
+sc1
"
(8) + solven enlaaa-+ . . . golftD III
sc2
~:rs1
"
(8) + + IV:rs2
+ss1
"
(S) + + IVss2
+:rs1
..
(S)..
-.--
--~---...
________
...
---
...
V
:rc2 + F~1 tegeDCeatel4 (0)...
,.VI
:rc2 + :rs1..
{0) koppeling tv.••-enelle "forward." ~ VI 1'82 + J'C1 tt (0) galYen en enelle ''bularard"sol•••
VII 1'82 + 11'~1"
{0)..
De aet : a.uceseven oollbinatiea koaen in de tiguren II-6 en II-7 Di.et ,. .... 8 . . .
9
-ttltfl.
2-i·
..
ool6iaaU. riahiinl 'f'Ueausi•
...
~I
rc:2
+ . . ,teseqeti'M14
(O)+
•
I
812 + I'C1"
(O) .•+
IIrc
2 +ac
1"
~0)+
II
acz
+ I'C1..
(O)~
...
,iïiêïii .., ...
III
n
2 + 101..
(O)+
celwa • 1 • .
-+
--solwa
i
IIIac
2 +ra
1. •"
(0) I IV PS2 + 11 1 '"
(O)+
•
I f 112 • n1..
(0) .,j ~-------
...
____________
---·--·
y
I'Cz
+ :rc1 aeltu (I)n
PCz + 111"
(I) ) ~r.P.P•l1 . . .n
na+ ra1
"
(I)..u
...
pl.ftll
VII
"a +n,
"
(I)1----
f-'---
---.--
---·
VIII
sa
2+
sc
1"
(I) + (+
VIII
aca +ss,
"
(I)>
keneliaa
-IX
ac
2+
ac
1..
(I)+
+1 - - -
plftax
u 2 + ss1
..
(I) ++
•
De • • : ... ".. •Oiilliaaii.ea koua ia 4e ti~Wa II-6 • II-7 Biet . . .
s • - - ·
10
-Iá
de ticarea2•6
en2·7
wortea de w- ~karakteristieken ceeoheta• weergecevea voor.oabesreaade btadela reepeotieveli~k . . t tecencestelde ._ selijkleriohte 4riftanelhei4._In de figuren2-8
en2•9
worden deselfde karakteriatiekea seschetat voor begrenede bwadela . . t Biet te .,rote 4riftanelhe4ea. Er ia aansea ... n dat beide elektroaenbuadela dezelfdeplaaufl'equentie ( lt p) hebbeD en dat de CJ'ClotreafftCJ,'IleBtie eeD crotere i
waarde heelt das cle plaaaafrequentie. ·
Eea andere •tllode_ ter lteatuderiag van cle • - ~ karakteristiek worft. gegevea door R.L.Ferrari (11t.2-10)9 die de 4iapera1eforaele (ia sija
ceval vaa.butlel•l].aaa iateraetie) ia eea Laureat-.eeke pat oatwikkel• ia een. soecl pknea put ( .. • • • 0) •
Mea kan de tipren 2-lt •• 2·5 besiea ala de voortplaatiqacoutaat• ( ~ ) ala ftaHtie vaa de reële frequentie ( w ) :
~~-~<·>
ea ook.a~a de t.req .. ntie ala tunetie van de reële voortplantiasacoaataate: w . . . ( ' ).
Daar de ticarea 2•4 ea 2-5 oploaainsea vaa eea tweede graada-ver..-lijklag vooratellen aoet aea ia het eerste pval
[11 •
~
{ •)
J
bij iede ... • twee voortplaatiagaeoaataatea Tiadea. We siea ••t clit ia cle fisarea2•'-.
.
ea 2•5b tuaaea de frequenttea
w
1 ea • 2 Biet aaa deze eia wordt vol4aaê. Tuaaea 4eae twee t.requeatiea treden twee ooapleae voortplantiagaooaata~eaop, clie elkaars toegevoeede ooaplezen zijn: . fl
-
+ ~ u. We viaden voor de: optre4ea4e aolvea te von:.<.t • -
j,.>•
ejwt.Iacliea aen 4e fisuren 1teki3Jtt ala w
=
w ( &I) ~·· aoetea op analose wij&e ia de tigarea 2-4b ea2•,.
VO~I' 4e YO-.'tplaatiagaoo . . taatea11
2 <fl
<fl
1 o•pleze trequeatiee ( tt.t
j.,) optreclea. Bier sija .de solv.a na 4e vora. •<+ .,
+3•>t
e·3 '•.
P.A. Starrook (lit.2•11) viadt hetzelfde reaaltaat ea aegt dat optredea:
ia fil.2-4a: "eiaple propacati~ wavea•
· hierbij tre4ea. geea ooapleze waarclea van
P ea
w•»•
ia fia.2-4't •aoa-ooaveot~•• iaata,ilitJ"
de voortplaatiacaoonataate is reëel voètr alle fn4(uentiea, zodat seen aangroeieade ot ui tdeapen4e solvea of\r . . ea. l)e frectueatie :La :
echter eóaplez voor ~
-
11-1D
fis•
2-,as "upl.Uying waYea" (oonYectiYe :l.aataltilit.J')IJ ia h.:l.U' ooapl.ez YoOI" • 2 < tt<w1 , sed.at oJVedea of û t . . apeaû,
of
!fM!'O!Ua4t
golftlloDur " Hllt.er collplex ia •oor IJ 2 < IJ< IJ1, 1104at "o•Yeot.i••"
ot
"aoa-oGil't'eet.ift iD.at.ûUit.ies" opveûa,
u
Jtet. na~taat....,...1 ....
sol•••
(ot "noa-ooa.-.t.iYe
1Datab1lit.J'"). iDfta·
z .. , ... ,
"e•ueaoeat. ...
De freqMat.:le ia Jt:lezo reëel 't'oor alle YOOI'tplaat.t.ac..._tea, _.., se•• iutûiliM:lt.ea OJVe4u.
IJ
ia ooapla YMI' ttz<•<w1 • . _ ,
Us\41 ...
of"PR"M'"
celYen tot. 1U'018 ka. "•''-•• o.tat. . . . . iut.üU:lt.eit.ea opt:N4ea ia 4ea.i«•
MCel13keeelt
-4e d . . .solt ("eYaaeaoent. ....
").
Ia
u
'f'Ollead.e ·~aootd.at.111dcenAllen
4e ftraoWJ.ei!Ule :lat. .... ~llie4ea aaa een ~b\IZ'ic ea4ezoaoek .worden . . . ..,... Kier .:U• . .
12
-IIl•
De eo«eveEI!liikilcen voor de ruittt•ladill!l!l!!!•Wè veroaderatellen dat de elektroaenbuadel een ruiateladingadiebt• heid p· <z,t) heeft en een str.oomdichtheid ~ <z,t).
z
ia de vector, die de plaats aangeeft, t ia het s,.bool voor de tijd, Deze twee groothedea (pen-
J) veroorsaken een elektrisch veld-
E
(r,t) en eea aagnetiach veld-!!
<t,t}, De Maxwell-verselijkingen voor deae veltien luiden:a!
\jx!•!.••oii
•I
vx
! •
-~~~
i i
py.J. •
r
•
\7.! •
0 11.0 • peraeabiliteit van vacua,
a
0 • diel•ktrisohe constante wor ftouua.
(}•1).
(3-4)
Uit de verselijkineen (3-1) en (3-2) ia de oontinuiteitsverselijktnc af te leiden:
ap
\7.!
+ii •
o.
(3-5)De bewectngavercelijkinc voor de elektronen luidts
•.x
1.!i t •
it •
.!· \1.! ::: ;
(!
+.!
x!)
(3-6) dv dv dv aet\7.! :::
v sii • •
7'Îi
+ Y •Ta
v (r,t) • elektroaenanelheid,-
13
-(3-7)
(,.a)
De aaplitwle f t l l de tweede te:n (cle ti,j4a-af'tut . . lijke ten) wel'4t Yeroaclerete14 kleia te sija t.o.-.. cle tij4a·••f'Mûelijke ten&
!
1 (I,)<<!.<z>.
We Jauaaea •• cle ceU.aearieeer4t 'ferceli3ld.apa aeerechrijYeaaCoatia.S.teite.,.rselijld.ac:
Bierbij ia .!1 d.e wiaaelatr~elhei4,
.!.,
cle celt.~JI!IMaelJleicl (tilftuell'leifl)A1De
a.te·••Eif.li1i&IP'
!toreta
elektrMt!"M•lM \
-oaeilfif att~a.,etl
"'l'tt'feld.,(:5-10)
(3-11)
Doord.at •• ••• oaeiacu., ll'oot axiaal . _ , , . .
w
<1. • •)
ualec,...k-••
cle elektroaea alleea ia de axiale l"iclltiac<••
a-riclltilll) ltne.-.Br tredea •• alleen r~e-laclingacolYea op. Mea ~ •• oOk leactt.ti~e
l
col•••· De aa'bla•.,.rator kaa ia cle Yerceli3kiacea (3-9) t/a (3•13) ••r.,_.,,. werdea floor de cl1ftereatiat1e aaar ••
14
-Ia d.e s•coa,.aeat ftA de ltneeirac . . •rpli;Skias nNwijaea •• tenea .!_. x
1
1 •• 31 xJ.•
Iatiea •• Yerder d.e drift•elbe:l..d (.!o) ooututYeroa4eretellea kaaaea we (J-12) eohrijYeD ale (l:l..t.}-1):
De eoatiatliteitaYeqelijkiq (3•11) ale: • · pl:l..jutrooa Y •
i
.a.
1 • 2 • pl:l..jkapuat111•
1•1 •
..
fJ
•
-•
•
•
• elektroa:l..aohe Yoortplaatiqaeoaetaate..
fJ • ::I q ....• reductiefaotor (R • 1 YOOI' aeiad:lce ltu4el)
-
15-BiJ een ein4i,e bundel reduoeert . . . de pla . . . frequeatie aet eea
faotor R, oa bij deae bundel deselfde rekenwijae te . . . teepaaaea ~
bij een oneilldige elektroneûuadel. De red•eti.ef . .
tor a
ia freq•eatie- ; athankelijk.Tussen het el.ektriaoà Yeld (E1a> a . . wi.ueletrooa (S.1) beataat clt
relatie a
Door het iDYOeren van geno~liaeerde ao4ea kaa a.a de YerceliJkiaae• (3-14) en (3-15) sehrijven ala:
[.;. +
~
('·.,q)J
·~.
o.
(3-1~)
De aoclea aija cedefinieerd al.al
(3-11)
De ao4e a+ (a t) belleort bi~ 4e aelle ruiateladi - p l . f , de • •
••
•-hs,
t) 'S.~ 4e l..anpame. De. taaeanelJaeda na 4eM twee pl.Yea :d.ja:"•--~
1 .... I .I1
'·Het boyeute teken alaat op tie a -taode, Jaet ea4trate
.
ttkea . . 4t a ... -De II'Ot,...lhe4en aijaa.. 16
-Voor de groepsnelheid geldt dezelfde tekeaafapraak. De groepsaol• heid ia ••• functie van de frequentie omdat R een fuactie .an de
fre-quent~• ie. Voor een oaeindice bundel geldt Ra1 en viaden we yoor te groepsnelheid de driftsnelheid (y
0) .
Het geaiddelde kiaetiack varaogen ••• de ~ . . del dat in de peaitie . . •·richting strooat is nu celijk aaa:
Pit • +Re [ Y1
(•lil·
2<ja./
2 · / • - /2> •
c o - a t (3-21) Het·ainus-teken voor de term1•-1
2~etekent
dat te laagzaae golf oen n~gatief kinetisch veraocea bezit. Dit wil zeggen dat eea buadel, waarop alleen een.laagzaae ruiate-ladingesolf sea•porponeerd is, a1a4o~vermogea ~ezit dan een oq . . oduleerdo buadol. Bot veraogea van ••• oaceaodaleorde bundel is V0
,I
01·
Een aadere traiache verklarinc voor ; aegatiet veraosea ea aegatieve energie wordt seceven doorw.H.
Louiaol~(lit.3-1), J.R. Pierce (lit.3•2, 3-4) ea BaU8 (lit.3•3).
Met de vergelijkiagen (3-16) ea (3-17) kUBDea wo do elektrische veldsterkte in de z•richtiac uitdrukken .ia de ceaoraaliseerde aodea en wel:
B.De aode•vercelijkinsen
't!E
twee s•ak cokopJ!lde buadelt aet oaeiDdic sroot axi!!l I!J!eetveld.De grootheden, soala tie voor de twee buadela gedefiaieerd sija, sija gegevea in tabel 3-1. Bierbij ia aaaseaoaea dat de bundels desel!Oe seaiddelde ruiateladiasadiohtheid (p
0) ea deselfde reductie-tact•r (R~ hebbea.
taltel ,_1. arootheicl 4ritt ... lheicl ( Y 0) I elektroai8ohe yoort-plutiiiC•oaataate
...
(- • ->
e "• cere4uoeerde plasaaoout.ante•
(,.
.
_.,
q .... bundel ki.Det.iache epannt•c (Y1 •~
"o
111) plijkatrooa potentiaal (Yo •2f;r •!)
gelijkatrooa (I 0 • p0Y0) pn.ormallseerde...
.
'·
1 -1?-••
1a,-1
(z)o~
[·~Z01 (-4
1
~
••• x "•
2 1-
18-J1e Yerhouding 'f'aJl de drittaelheden 'l'aJl de beide bulld.els (X) kaa
alle waarden - • • u . tu . . a · • •• + oo • BiJ up.UeYe waardeu..,.... X woi'Cla. de ' " • 'buu.dels tepn el.Jtau' ia genhotea.
In de eerate b'II.Ddel heerst eeD. elelttriaola Ye14 & B
11 tea pYolp
2
Yan de tweede buu.del, waardeor de bewelingsverselijkiDc eu. de
ooati-niteitnerplijJdDs v • de eerste bUD.del ._. . . . (sie
•11•
3•1lt ea 3-15):fq
2V0<Is
+~"
e ) V1= ...
~
r
Ti-lr. 11 • 6Bs • ' 1 . , ~-·,1 2.
•!;JI
0<".i":'
+ j ~>
11= -
~Jt
v1.
... . .1 . .1 016 ia een getal kleiDer daD. of gelijk aaa.1, en seeft de mate YaD
koppelias weer. Door (3-2lt) aet .1 Z
0 te Yenaeaip1al.dipa • bij (3-23)
1
op te tellen en door het iavoeren YBn de aodea, soala sedetiDieerd ia tabel
,_1,
k:a.naea we aohrijYen:Op analoge wijse Yiadea •• yoor de tweede bundel:
Indien we av. de elektrisoJle Yelden in de moelee v.it4rlakkea (3-22) ba . . . (3•25) a (,_26) • ....,._... wordea tot de Yergelijkillpa:
-
19-[
.!..
+ j••
.
(}-28)Yoerea we nu de 4riftuelhe14n'erhoucU.Dc (X) 1D d.aa . , . . . . •• .,..._ '
lijkiDpil (}-2?) ea {3-28) I
(3-29)
De Yercelijkiasen (3-29) aoeaea we de modeYerce11jklac••• De ooëttioiëatea a ij a:
• - 3
<p.-ra,>
I 1· - j l ( p -Jt )
011 022 •i
011 1 1x
.1 q1 (3-30).,, • - 3
(Jl··-,>
I .,.,. • - . , , • 1 ~ j -1 (St
+ fJ ) 1 1x
x
.1 q1 012 • 0)2 •. 021 • .,., • - .,,. • - .". • - 02J • - .,., •
i , ....
\ff.
(3-31)
-20-Veroftderatellen we de ao4ee a1+ {z) en a2+(s) Ya de Yora •
r •
ea-
-aubetituerea we dit iD de vergelijkineen (3-29), 4aa moet oa pea triYialil oploasiDgea te vinden de oeittioiënten-dete~inaat vaa de Yer,.lijkiapn .
ia de aodea nul sija. Dit le't'ert een YerplijkiDC YU. à.e rierd.e poaa4 ia
Ir •
De SekOppelde-aod.ethHrie (lit.
l-7,
3-1) ze,t à.at, ala YOOI' en. bepaald frequentiegebied de· taeeenelhedea Yan de aodea a1 en a
3
oaseYeer ' gelijk zija en de koppe~eoittieiënten oij klein zijn ten opzichte vaa o11 en •jj' aen alleea de aode-YergelijkiDgen Yoor de aoclea•i
en a3
hoeftte beeohouwea.
De
ooëtticiëaten-deteraiaaat seett 4aa een tw .. d.e-craada• ' Yergel:ljkiDI inr •
De Yeraogenauitwisseling tussen de aodea ai en aj :1.& , in dit frequentieeebied Yeel sroter dan de Yeraogeaeuitwisaelins tusaea de a1 resp. aj en de o't'erige aodea. De oYerdrachtataotor (F1
j>,
die . . nuat ia YOOZ' de Yerao~enallitwiaaeliDg tussen de aode ai en de aode aj
wordt sedetiDieerd als:
-1
1
Voor 4e aodea a1+ en a2+ Yinden we als OYerdraohtetaotor:
-1 -1
=
.,.
.
1-,2- 1
+x
21
-Voor bepaalde waarden •aa X ea b zijn •••• P'a ia de ticarea 3-1 a,b . . o en 3-2 a en b aetekend als functie Yan de t.re,ueatie.
Tot slot zullen we nog enige aaDdaoht aaa het •e . . osen YaD de bundele echeDkea. Bet gemiddelde Yeraogea YaD de eerate baadel, dat ia
de a-richtiDS •loeit, ie Yolseaa (3-21)a
p1 •
2
[1·1+2 -
·1-2].
(3-"'l Voor de tweede bundel celdt yoor dit Yerao . . a&•
Het totale paiddel4e ftnopn, dat i.la 4e a-riolatiaa Yloeit iel
ptot • P1j;P2 • 2 &1+ 2j; &2+ 2
-l
&1- 2j;•z.
21]= ...
(~).i
22
-Het boYeute tekea aoet wordea toeppa.et ale de solYea ••• pooep.. anelheid ia deselfde riohtias hebben. Oaelat (:;-40) geldt aoetea de koppe]..lo. ooifficiinten Yan (3-31) YOldoea aan:
Bet oDderate teken ftJl (}-lto) ia YD toepa.aaiag, iD.dien de groep. sáe1hedea tee•• elkaar ia gerioht sija. Yoor de koppelcoeffioiëatea moet D.U pldeau
Ia het Yolgeade hoot4atuk sullen de interactie• tuaaea de aodea
nader beschouwd wordu. Bierbij sullen we gebruik aa.'ken Yan de gekoppeld. . . aodebenaderiag, zodat het Yiaden Yan de w - ~ karakteristiek aeerkoat op 6! het Oploa~en YaD eea Yergelijkiag YaD. de tweede graad ia
r •
23
-IV
•DJ
a\tr•a•~· !Ucl!
colyg ltij ••••OltiaMe
lt!J!!l•lt·Zoala iD hootdatUkii . . siea hoeYea •• ia •••
-•paal«
t.reqaeatle•c•-bie4 alleta 4e koppelbc tuaea twee modes te tteatud_..a bijY. :l.a • •t.requeatie•gebied road 4e plaamatrequeatie all . . a dt twee aatlle aodea . (a1+ •• a2
.>.
De sroot~• Yaa het trequeatieselt1t4• waaria . . . . beaadtriatgeoorloofd ia, hangt at yu d.e sterkte YIID de ktppelillc tuseea d.t net badela (
a· )
en d.e Ytrhncl1ac Yan d.t vittaaellledea (X) •. Ia 4twla ....
drie para,ra~en sullen de Ytraohillende iateraotita ..,-...- word.ea, waanaa de eerste (de iateraotie haaea de IIDelle • laa_.. plt) ster 11i.tcebre14.u-,,
DtWKV'''
b'!M
u
Nlle • l•pre•
•U
<•1• ••
~->· Wt kiesen X ea I . . aa»ic ._, F1
..
2-
ptoot .ia tea opaitb.tt ftllcereduteerd wordea tet dt twee Yerceli3kiacea ia '1+ •• a2 •• Bet trequeD.tie•pltied, waarYOor dit toepataaa 111. aal uit de btrtkuial Yolpa. De aod.e•Yerceli~ld.apa sija a :
ra
-
24-ea eubatitueren dit in (4-1).
Er
ontstaan twee homogene alsebra!aoàe vertelijkingen in de twee oenetaaten a1
~(o) ea a2
~(e). 0. niet-triYiale oplossiasea te krijgea moet de ooitfioiëntea•4eteraiaant nul zija. Gebruik aaltead van (3-30} •et geldea:r
+ j <Pe ~,>
1. 1• o.
(4-3)De YierkaataYercelijld.Jt.s 1a
r •
die hieruit oatstaat, luidt:. p2 &2
2
5
1 ( 1 2 2 '1r •
~r
1
<p • -11"'
>
+i
<11. 4q
>
5 -
i
<rs •
-Pq •
4
1 '1 1 1 1 1
) • o.
Daar
r
co.plex kaa zijn moetea het reile en het iaaeinaire deel Yaa 4ese Yerplijk.i;Ds n111. zi.ja. We . eubati tueren in ( 4-4)• ea.
fJ
sija reëel~•• Yiadea voor het reile ea het iBaginaire deel:
u ...
l>
2 2 (4-4) (4-5) (4-6,) (reële 2 -2.5.
1 ( 1 2 2 13 q, & . deel): • •JS + f!((fJe •fJlll )+*<x
Pe+P,. )
5•
*<
1P
•l:l +4
>•
o.
(4-7) 1 ',, . 1 '1e,
q1De op1osaiapn vaa (4-6) ûja:
a) • •
o.
(4-8)2'
-ad.a): Subatituere we {4-8) :La (lt-7) 4aa oatataat eea nerkaatnerce-lijking ia ' aet a1a oploasiDgea:
'
":
,/·
"2 (1.1)2.,2
(1~)2·2JS
'(1~)-
1 1• 1 X
ca
1 I e 14Ls
J!.
4 ,
(4-10)
a4.'b): Y.Uea we (4-9) b. (4-7) daJl YiDd.en we eea 't'i.erJraatayerpl.13klal
:La • Mt als oploaa:lapa:
(lt-11)
Ia 4e bei4e pnUea (a ea ., ) sel4t YOor
r •
Gl - ~ ' :2 2i
'a·
r1,2• -
i3
('e1·JSq1
)~(tl•1.,q1
>.t.
P!1
(1-i>2•P!1 (1+i)2-2pe1fl'-t (1?)· qi
~
(4-12?
Het tekea Yaa de tera eacler het worteltekea 'bepaalt de YOI'II . , . . 4e ·
YOOI"tplaatir&gHOUtute (
r ) •
Geaoeade Jtwadratia.U t _ . lutef't ala faaetiAt... de f'requeatie het uterl.iJk ... dalparaHol (tia.lt-1). De frequentie, waar,ij bet •iaiwua optree4t ia:
1 +
t
.. aia...
1
p 1
-x
De f'requeatiea, waarbij •• ul.waarde 'bereikt wr4t, a~a:
" 1 , 2
= •
a ( 1±
t>
26
-a et
Voor 0 < X <1 treedt het llilaillua bij neptieYe trequenUea op. Er worden alleea poaitieYe freq•eaties beschouwd, zodat bij deze snelheida-Yerhoudiase:a geen ia teractie optreedt (tig. 4-2) • Er treedt •oor 0 <
x
<1 wel k:oppeliD.g op tussen de aodea a1• e:11 a2 •• Yoor x>1 treden het •1n1mua; en de nulpanteil bij pesitieYe frequenties op. Er is wel interactie (tis.443>. Bohter ma heeft S4Jen interaetie plaats tuuen a1• ea ~+. Bij X < 0 ( debuadels.tesen elkaar iD gericht) wortea de nUlpuatea Yerk:regen bij ooapleae frequenties. Indiea we reële frequenties aanneaea ia cl.. hier de tera
oacler het wortelteken a~soluut positief.
A. X >1~
Yoor deze waarden yan de nrhoudins tussen de clrittaelheclen kan het; teken yan de tera onder ket wortelteken sowel. positief als Deptiet sija, .
atbaakelijk YaD de frequentie waarbij we werken.
1 1
Yoor t1 a ( 11)) < tl < tl a ( 1+t;) pldt 1
< 0 (4-16) .
We kwmen (4-12) achrijYen a1aa
r
1,2 • ~ • -3
~•
(4-17) !aet:
(4-18)
27
-De alpaene op1ou1Dgea vu ( 4-1) zij a:
r1•
r2•
·1·<•> •• 1.
• 42•
•
•z.<•>. •
.~,.
[<r,-
.,,>
•,•r,•
+<rz-
•,,>
~·ri
De ooutaatea
a
1 •• • 2 Jaaaaea llepaalcl wor4•ut ..
ru.4-voena.a.r4u. Daar 4e dritt•aelhedea YaD 4• lleide lnmdel• deselfde riohtiq llebltea( X > 1 ) t Wi,jaea de peepeaelJaedeD YaD de 'be:L4e IOlYea W 8 M - ia 4eHlf . . riohtiae• We kuanea de golYea 4Da op dezelfde plaat• (a
=
0) 4e raa4•voorwaarden oplecgea ea welt
(~22):
&z-<·~
•
0Gebnik ukeu f t l l (4-20) aD (4-21) worden voor ... ea t 2 pvoJMlea:
Stellen we ver4er e
11
=
·.1••
dall kan de aode a1
+(a) uit (.._20)...,.raa
wordall tot:28
-Met beh1llp yan (4-18) 1 {4-19) ea (J-30) 'f'iaclea we Yoor het Jtwaclraat vaa
de altsol•t• waarde Y&D a1+ ( •) :
•,.<•>
2 • [ 1 + r,+,2• ai.Jih2u]
2
..
,
1
-x
.&aalooc ktulaea •• 1li.t ( Jt.-21) het kwadraat yu. 4e altaol•t• waarde .,...
•a-~•) 'bepa.lea: *2·<•>
r •
r,+,2• aiDllau •,Co> 2 Clt-27) Oaclat·u
hoofdstuk :5I
a 1.Csl
2 ••l•
2.Cal
2 •• ...,"..u..ar4 zi.;taclat de 't'eraopu • • de sol.,ea er door .,ertepDwoorUcd wordeza1 lalaaea ••·
cle Yei'IIOgeu vu de anelle golt Yaa de eerate lnuldel ea ftll 4e l.aapaae .
aolt van de tweede 'bud.el telteaea al.a fuD.ctie .,.. 4e atetaacl (ttc.4-4).
De OYerdraohtetaotor I' 1+ 2_ uit ( lt-26) ia wor het 'beechouwde
trequentiapltied crot• c1aa ''•• oaelat ( '+-16) geldt. Vit de tipv aiea •• dat de .••raoceu .,an de twee sol•~n to••••• aet de atatud1 terwijl
4e eoa ooutaDt 'blij ft 1 DaMl.SJk
21
a 1 ( o) 12
• Ket Si.jD de reede eer4er
ceao•••
•aaplitJ'ias ...'foor w< .. a (1-i) ea w> .. a (1.f) celdt:
Yoor (lt-12) buallea we •• aehrijYea:
(4-28)
29
-aet:
.. 'b . . .
liet USelfd• raDdY00 ... 88 ala oaelor (4-22) 'l'i.aclea WO 1tjJ 40M trequeatiea "nor a
1
+(~a) ftll (4-20):-~
.
• a •
Voor J:l.et kwad.raat YU. 4e alaaolutè W'UI'4e YU a 1+
a1+ (a) 2 • [ 1 - J' 1+ ,2-
.U~b•]
•l•l
2 2A.Dalooc wordt •2
_<•
>, laeJUlcl uit ( lt-21) aDe OYeriraobtataotor ,1+,2- wordt bier oot se4etiaieer4 soala onder ( 4-26) en heeft • • uptieft w.ar4e oadat ( 4-28) p14t.
( .... 34)
Voor twee pY&llea
1113•
cle Yenopu ala tu.actie •u te atataa4 ,. . . hetat. In t1p.ur~
ftor een grote • ..._ ....tJ.
1. ,2
.j.-
Ditillplioeert clat ,Sb eea kle:l.u waarde heeft. Jlet Celdt YOOI' 4e fzteCl11eD.ti . .
_h
1 1V2
•a(1T)<tt<•a<1-r;) •• wa(1"i')< w <wa(1._).
Ir heelt periotieke U.twiaMJ.iq • • Yenopa plaats \uHa ••
-30-Vi
kleia eaftl.t
IJ'Oot, hetpea het p n l is Y~:r w<tta(1T) ea~
> .... (1.:f).1'1
+,
2- • • eaP, •
o.
Voor de Yeraoseu Yiadea •• hier:P 1 , (a) • 2 a1 (o
r
I P ;f,a) •o.
lil' laeeft 11113 tlea• fnqueati.ea peau1t-wiaael1aS .,.. Yeraosea plaats. Bet Yermogea op •
=
0 . . . de aaellecolt
toepYoeJdt blijft OOUtaat in dese 10lf (ar ia seea Yerliea Yeroaclera . . lcl)Ia f i p v (4-7) sijll Jaet ilaapDaire ... het reil• d . . l . . .
r
ala taaotie YaD de frequentie ptekea4. Ia fig. (4-8) ia de oYerdraoàtafaettr ala tua•tie .,.. de frequentie weercacevea.Br
is nog atee4a Yeroaderateld:'
x>
1. B. X < OeIadiea we ~eile frequenties Yeronderatellea geldt au ook de Yoor• narde (Jt.-28). Voor de YOoriplaatizacaooaatu.te
r
lamaeawe
SthrijY-~r1,2 •
·3
~at ~b>waar 'bij ' a ea ' b ppna .,..den door ( 4-3()) raap. ( 4-31).
De algeaeae op1ouiacea.,.. (.._1) sija:
Oadat hier de groepaHlhedea Yaa de lteide COlftll YereohUleDd tek ...
hebbea .oet 4e raadyoorwaarde yoor a 1.(s) opcelee4 warden op het punt s
=
o,
YOor ~2
-(s) op het :pu.at s • L. We •••n alJI randYoorwaa.rdea:a ria4ea ... de
•••taat• •,
ea • 2 (Mt •, 1 • • ~·)IIll41ea we 4•• wauua 8'ti'INRita.erea ia (4-,,) • " ' . . 'Rit~
'9'001"
•1.<•> :
1--b
(11-L)+j(~)..Wb
;:)!
ln8jllo~.~(~)~IIL}
a,(~~.-~~~.-oN;
a.I..(~'""
) aia','bL :11 (~39~
'
\
YoOI' bet kwadraat Yaa 4e aiNiolute waazod.e ftD a
1
.~s~ 't'iaûa •• Mt (3-30). (lt-,0) •• (4-31):(~)i
Bierlt1.1 ia I' 1+, 2• ced.efild.eerd ala oiMlu ( ,._26) •
Voor Jaet kwadraat 'Yilll cle a1teolute waarde Yllll a
2• (~~~ biJpa we dool' eeaseltd.e proeed.are:
32
-(4-lt1)
Fipv
.._9
seeft de ~el"draoll-tatacter<:r
1. ,2.>
~a P'b als tuactie •aa 4e treque».tie. Ia tis. .._10 eD. lt-11 d.jD. YOor wee YersohiUeJICI.e nardea 't'U:r
1. ,2• (eD ctaa ook YOOI'
p
'b) 4e Yeraopu ft.a de t•ee golfta.
..
'als f1mctie YU. 4e afstaM ptek•4• Er tre4ea bij elb reele · frequeati• twH pl•ea op, waar1tij àet
••raesea
periocliek • • 4• eu p l t aaar de ... wordt oYerseJaeyel.d. Iafis•
lt-12 ia het iag;t•~ re p4eelte YaA te nortplaatiagaeoutaate ( J' ) aJ.a fuaetie YaD. 48 fl"eq•ntie ptekeacl YOOt!x/>
1.YoJ.aeaa StvrMk (Ut.2•11) . . . , . er 1tj,j elke reële
p
tweefJ'eq\18at1ea cewad.en woràa. We aiea dat aaa •••• eis aiet wor4t -.ol . . . . yeozo:
Iadiea •• reile •• • · •••••11811 aallea tuMa dese twee area en d.ua ooaplexe fftqu.eatiea • • ' - eptre(ea. •• aa1tatit11eea n ia de Yerp-lijJd.ac ( M ) 1' • • j
fJ ,
à.t
fJ
reiel, ea 'ri.la4ea • • ••rpl.i.jJd.ac YU detweectesna411t.P:
'2 &2
-f•fl
i-•
..,q.
t<-.... )
1-
t
lP: .... ;_.
ca".
I } •o.
1• 1 1 1 1 ..,
o.«at
4• t.requeatie eo.plez kaD sija . . 'batitueraa we ia (4-42):' • • c + j ' l l
-
''-Bet iaasiaaire •• reële deel Yaa de ••rceli~kial ~•tea Bal ai~aa
,z
62reiel•
-~•'
{ • ..-.,.
i<•.,
ca.,
l
}-i
{.z.qz_,:,.
~
Ε
o.
(~l
ia.:
' ( • • i
. 1 11 ) -i
1 2 c " •o.
a) 11 • 0
x
1•> • •
t
(1 •x>'
(~)
u.
a) 'hllea •• • •. 0 ia cle Yerleli~kias ( ~) .... ft. . . eea Yier-kalltnerpl~·· ia c • Voor ,MptieYe••JuN41ac .,. ..
d.e d.rif't-aaelhed.ea luidt cleae:(~)
Ir tredea clu •-.J.•z• tre41.ueatiee ep 1Ddiea d.e ten oadu llet wortel• teltea aeptief' 181
(,...,..)
2~
6~.
&
_"._
Dit z13a deselfde Yoortplantiageooub.D*•• als op PA&• !t-7. De ooaplexe trequeaties, die optre4ea, a~a:
Bij elke (reële) - · 1 üe yolcloet aaa ( 4-49), boren twee eoaplexe
trequentiH. l)e ao4e wol'4t pYOnd door een 11Deai.re ooa'biaatie • • 2
~
<
~·.
r~,colYen ü.e biJ wla fl'eq,11.eatie opt•••• b.Y. a 1+ ·(~) • t1• + •2• •
In
ket •• 'be . . houw4e s..al . . . ••ilep
is bet . . . lijk op •••• .aaier J104es te YO . . . Il• Op 4eae -.ai.el' Yalt d.U aû.ete oatr•* 4e Y81'110pU M . ,ooaol.u4vea.
Be.'
opWeûa YU . . .,lexe frequenties wor4t ook door Caaae~ pao . . .(l.it.lt-1).
1!=2· "
iè"VN.! tu•a ••
tu•
a•U•
colt•
<•1. •
•2.
>
•
x ••
& aija•••••ts
s••••a u t1
1'1. ,2.1
sroot i• '·•·•·1
:r1+,
2•1
•• 1•
1. ,2.1•
(Zie tig.J-1a, 1t ea oea
3-2a • 'b).ner'bi.j paa de aod...,.erpU,3ki.D.pa Yau (:5-29) cwel' ia twee YerplijJri•&f• Yoor a1+
en
a 2.:(lt-5,) I
·
ra
·
We atell• wed.eroa 4e aodea eYet&l'ed.i.l aet e . 1 Mt
r • • •
j ~. Uit teeis dat 4e ooiffioiëatea-4eter.aiaaat .a1 aoet aija Yiadea •• op 4eselt4•" wiJze ala :la p&ra&raaf ,.., YOOI'
r
I-
''
-We a'Dllea au weer (ia bet kort) •p.u hoe cleae nortplaatiaceooa-àtute ( I' ) er ia 'Depaal.te pnlleJl llits:Let.
\
"·. +
~
...
)(1 +l) 1 1•
2• • I
•12l·
2i
Ia fipv '+-13 ia'ala
:hactie n.a 4e trequeatie . . . , . , . . ••• Met~
1
.Co)
eJl~(4N
ale raa4Yoorwaar4ea•SJ•
4e algeaeJle oploNiapD ftD (.._51):-~'.
•
•
Oaelat a de YOortpl.aatbgaooutaate a1li..-.r illaliuil' ia tred . . er pea expoaeatieel a&DIJ"MieHe ea afaeaeacle . . . •P• 1J)e . _ . . , . . . 't1lll 4e ·
. 12
2col••• si~·= '1·~~- 2 ·1.s~>;
..
'J•.>:•
2 . . . ~~) • Met ·z~·r 0 ••2
.; . I
I.
.• 1 2 • •• + -36-(4-,.)De OY..traoktsfaet..
ia
al• tuDotie Yaa 4e t.requeatie in t.1c.4-14 1 pt.ekead, 4• •eraoseu ala hllet.ie •u d.e atst.and ia fic• ~15. Ir t.ncl• 4u t.wee p~•• ep, tie peaaietiek enerc:Le ut..Uaelea. Bi,1 •=.•
p.' .als"11 2 • 1 t ia . . . . 11itwi.aaeliag Yolko ....
•• +.
B. X <
o.
De ten oll4er het wortelt.ekea ia (4-52) YOl'llt •• HD dalparaltool,
tie yo~r '-paalde frequeatiea De~&tieYe waarde• kaa aaaltaea. We YOerea de poot.Jud.4 1t ii&, dû ced.efiaieerd wordt. YOlpUI
,z •
jlj<1jr)2
. 6 . 1 1.. ,<, -
,>< .. < ..
,<, •
r>
cel4t.: 2 2 2 1 2~
<"e,--.,>
( 1 .rxr> -
l
x'
<o.
(4-~)r
1,2 • !. • -3 - •
<4-61)
..
,
fl=
i
1 11 •i (' _, )
(1 •ï:T>·
e1 fl1 1X137
-Gebruik .akead ..a (4-61) 't'oraen •• weer de
ale•••••
oplo . . ialea •aa (4-51):a 2+... (s) •
...L
.12<r ·•
1 11>
4 . . . • <r2 . . 1 11>
4z•·•
•
•:1rt•
Met 4e raa4Yoonaar4a a 1+
<•·> •
a 1 ( o) •• a2+ ~.IJ.o
YiiMI ... we nor 4• ftJ'IIOgeaa: .,, 2 • 1 +t •_,
,., Ct>
2 (lt-62') (Wil)<"-">
Omdat (4-60) geldt :La 4u '1
1 +t 2 + ~ 1 (s:t.e tlg.4-19). Ia fipv .._16
zi..ja 4e Yeraoseu als haoüe ... de aletand seteltea4. •• ä.ea Jaet
•1'-tredea 'f'&ll "••aaeeoeat
wa•••"
(a:t.t4eapeade pl:t'ea). BI' ie pea ••••'•~ aopliJ&.Yoor .. < .. P ( 1•
è' )
-38-In dit gnal saat ( ~52) OTer ia:
aet&
_""
.
• a
(4-&?)
(lf-.68)
Bierbi.1 ia F 1+ • 2+ op 4eaelt4e Wt,1ze pdetiai.eerd als onder ( lt-65) , ·maar heelt a waartlen, gelepn tueen • • •
o.
Ia fig. 4-1? ia betver-aogea P1(a) a1a tlu:t.otie ... atataa4 'fOOI' • • • srote waarde . . . ,.,1+,2+
I
( a kleiae waarde voor ~._>
ptekead. Ia tig. 4-18 Yoor een kleine waa.rcle... 1 1'1. ,2•
~
•••e•
sro'•
waardAt ...f3 ,.
De optr•d••d• . . 1 ....re... .
perio4iek
ver~ogeu
aaa el.ltaar OTer. Ia b.et Uaiet-p't'al (!'
1+,2+ , ... • a-
''-se••.
'Yen.opa P1
~.·~ la •• s-ri•hUaa. Ia ••fl.&vl'••
4-19 ea lt-20 · sija •• .· cwe~tetaetor P1 ~- •• lwtt1-.ciain
ea relle hel .,... d.e 'fHft•··~ . '
· plu.tia,..outaate ( I' ) ale taraotie Y&a
«•
treq•att.•••rse...-.
,,.~,De
ateruS1t """ ••••
Wllllt
IOlJ!I·<•, ••••
2_>.
De ÎI041•Yerpli~kiapa f t ! l (3-29)
kw••• ...
wol'tlea S.ts(lt-10) .
• 0
Op 4e beaa4e aaier worit hienit de -voenplaaü.Jiceeoadaate (I') opplioet:
.... x
>o.
~2 ·"2 (~ • . , , )2( ,_ 11)2 • _._,_ 1 1x
' ( .... '11)De
ten OIUier Jlet ••teltekea ftD (.._?1) ie a1Niol . . t ,.eJ..ti.el • . _ patr
OYII' UI-!tO-Echter de dalpara'bool, die de tera oader laet wortelteken vorat,
~ •• , , eeD aiai . . .
•iJ ....
Br aal d . . slechtsseriase
iDteractie optre4ea (bij poaitieYe frequentie•) •. Zie tig. 4-21. Jèe• kan ook••ccen:
de o't'er+ drachtafaotor (1'1. ,2• n.a (,_;..}?)) heelt alleea pote waardea ro•
•p•
B. X < O.J)e ten oader ut ... 1\ekea ••• (4-71) l•i4ts
(At-?2)
Bet ~ Y&a deze dalparabool treedt weer Op 'bi~ de DeSRtieYe wa.&l'de_ Y&D de pl.as-trequeatie ( • .,
,>.
Bij poaitieYe fnq•nü.e&· aal du ••er serillge iateraetie optreden (zie tia.4-22)... 1
-Y,le mode-JtrlliaJkiacsp
!!IE
f!
tijdaafb!!kel11'bt1cl •.le De I!DOI'IIME4e ao4tte
Ia hoofdat11k
m
ia Yeroad.eratelcl clat d.t pootht4tll tYtartd.ia wanaaet ,3Mt ea we -•rekendea ia hoofdstak
4
dt co.plts. er reilt ' a1a~•ti•
TaA de l"tilt fl"tqlleatie ( 61 ) • We su.llea u dt sroetàtclta t'l'tal"td.ic aet,·3Jls Ytl"eadtrattllea a Mclt.Ytrgel13ktapa AMlooc (,_29) o,.tellta, eohter • Ht de differ•tiatie aaar dt t:ljd ( tijlliMIIIeakel13Jdt.tü) • Op dtst Bilier lr.aa de ••pltxe ot reilt trequtatit (
w )
PftM• -..rclea al8 f1Uaotit ... d.t l'tilt ' •We paa uit· ftB 4t Maxnll..Yersel:ljkiapa (,_1) tot ea att (~), de
ooatiDuiteitnersel.ijJd.aa (3-5), d.e 'bewec:Lasn•c•lijJd.aS (;,-6) •• . .
atreoadiohtàeidnerseU~•I (,_7). We YtHaderettllea de pootàt4tD YM 4e pdaaate:
(5-1)
Dt ' ia kieria rtiel.
Ver4tl" wordt aoala 1a hoofdat11k
m •••
eatiaclil poot lidaal . . _ , , . "''tld 'l'eroacltrattld. De paoead.t YerplijJd.acea paa Jaiea-4oor ..,_. ia:(5-2)
(,_,.)
(5-6)
42
-Uit (.5-'+) YOJ.ct t
. p1
:s,.
= •j-e•
Het behulp f t l l (5-7) ea (,5-8) kan aeD (5-2) eehrjJYea alas
We atellea (soal.a op pag.3-2):
Yenolgeu Yoere we de crootheid Xe ia, pcletirli . . rd Yolgeu:
•
x • __.__
0'c•"'p
(S-8) (.5-11) (.5-12) (5-13)AaJl deze pootbeid X
0 kan Diet, soalil 1.a hoofdatlik } aan Z0, eea werkelijke fyaiache betekenis worden toecekea4.
-
..
,
-Vera~allftl.4lpa •• (5-11) aet t~-
0
ea tell• we het nnl.taatld.e..._
aaa 'beicle si,jd.ea.,....
. het pll.Jktekea op 'bi,i (,_12), àa wol'4tu.
eJdC rekeaea pyud.eà:[-A-~
<P•.
t.oÓp>
J [
v
1 .!.J_.<..,.
1>] •
o.
De 'd.tdnldd.as
[v
1.:t.
x.·
(ep1>]
ia cte lti,i ••ti~~ll.-ei&
lteh.Ct.l'ead.e aode. DeH aoet aoc sod.aai
a
paOI'Mli.M•d. .,..4ea a t het Jr.wadraat ...au•l•t• ...
pld.d.delde ki.aeU.eJut eMI'pe ...(,_1,)
(5-17)
•
Volp• B. boeaü..tk (lit.5-2) 1WI- . . U..
t
Yerwaarles . .p •
tea opaiellte.,... cle ten
-1.
Bie.rdoor kaa (~1'1) . . ..._. wrd.a ale:'•
-44-De v.itdrukld.aa (5-18) YOor de eaergie f t l l de nilate-lad.iagaplTe&
Met . . , eDiae reaene beMàouri worcten. We si~n tot deze Tora pli:OMa
door alleea eerste orde teraan te besohouwen en door het verwaarlozea vu cte ten
i
~
p8
v.~.
Yeroa4eratellea •• de srootlle4en enareüs aet
.~Qt,
4all Yia4ea • Yoor het tijdpllidclelde van de Wi.aselabooa•ld.aet:l.8ohe eurgie vaa de ou.d.el:•-, • • Y1p1 • i·Ro [
v
1.<-t>
1•>]
(5-19) I..U.ea we au ia de Terplijld.q (5-14) eea nenreclipeidMoutaate4f.
:Luoerea. daa pat tleH nr,.l.ijld.Ds ..,.,. ia•[ lf-
~
( h0 .t,"p)]
l>étl •o.
(5-20)Met als · ceaol"'leer4e ao4eas
l>.t.(tl •
4
r.
[v
1 {:tl~
x
0 (.P 1 !tll](5-21)
Voor de paiddelde kiaetiaohe enerlie Yaa de ~del ,.lelt Yerder: •k 1 •
i
Ro [v
1.<..,;>
J •
2 [ 1>+ 2 • 1o. 2 ] (,.22 )De aode 'b + ( t-) kan puaooieerd worden u t 4e nelle plf vaa 4e na4el. (de a ( t )-acMle). De tue-aaelb.ei.d Tan desa b ( t )4ode ia r&aaelijk s
+ + ..
De tueeaelheicl ia lf'Oter 4aD de d.rittaullle.icl yaa de ltudel ( T
-
,.,
.
...
...
er
.
...
vp o,,
. Sr ia allMil . . . ouiadip 1nlad.e1 1teHlloaw4, •tatTf •
o.
Det - -
ea 4e poepaellae14 na d.e 1t (-
t) ....Se ai~a
a'·
J
... pil- • y. ( 1 -
~)
yf:' ...
Dese ao4e ba . . . 4u Mt d.e laqHM p1t (4e a
<•l ...
e) ia- \ .
Yerlhua4 ltreapa. De elektriMile nlclatel'kte (B• ) lmaaéa •• ale
ftllt
1
B •
~ ~
[ - • l tl
.,
, •• V
x. . -
.J
B1 '!'wee • • l!k•RJ!l.4f
tlà'n••atnmMlt
lè
t•1Mjc•E''tl
eiMih!lt.
(5-~
Ia 4e t&lJel 5-1 sjJa 4e srootll.._ YB 4e tfte 1Madel1 p4etiaieert. We4voa
u
--OMa
Mtu
paidtie1 . . niatelad.i.llpüelatla•14 (ft.>
't'aD 1Je14e lnlad.el• het . . lf4e
u.
Ook·~· 4e IJD4tt11 - i a d i l poottabel 5-1. plasma-frequentie (v2 • . , , ) P co• buadel kinetisobe• apau:Jng
••
(Y1 •jëj
9o81).,..
x •
0 0 rkclfp genormal:J.seerde aodo"'•
1..
,
<J. •
~
jJ't' ) y1 • • 't' E G'S 0 e s 1-46-(S-26)
Ia de eerste bundel heerst een elektrisch Yeld & E ten geyolp .2
Tan de tweede bundel. De continuiteitaTer . . li~kiDg (5-11) en de 'e• wegiD.gaTergelijld.q (,_26) TaD. de eerste bUlldel worden:
-lt.?-Op deselfde sanier als aaapaeftn op
pas ••
1-8
'f'iaclea we uit deae twee Yel'pli3kiDpDI[c
A • {
(f'Y 0t_wp>]
111+ • •
·~
•.
1 - 4
x
z
01
Voor de tweede bundel ~cleD we op enalop wi~se1
[Ir-
j(p-,·2-
~
..
,>
J
11~.
-,.:;ç
•.1
Gebruik altend ftB (5-25) en het illYoerea ftll de 't'el'lloutiq vu 4a driftaDelheden ( X ) Yilldea we
u
pkoppeld....aodnel'pli3killPD 1d.t (5-29) en (5-30): (5-2?} (5-28)[Ir ·
~
<PY
o1
!. • ,>
}1~
• -
Ï&•,
'Jf
<
112- -
112.>
(5-3
1)
[ /r •
j<x11Yo
1
!. •,>] 112!. • •
f& .. ,
'{x'
'"1· • ",.>
(5-32)
Vitpaohl'eYeD worden dese:db1+
e14bz-De ooitficiënten zijns
•11 •
j (Pvo1 + wp) •,, • ~ (f:'t't'o1 - wp)-48-.
.
022 • j (XP. o + tt p) . 1 •44 • j (X,SY 01 • wp)Uit (5-35) bUjkt, dat ma Diet geldt:
Dit·betekent dat de totale ceaiddelde kiaetieohe energie .an 4e
d.W
bundels als functie Yan de tijd niet conat,nt ia (
at•'
I
O).(5-)6)
(5-37)
De totale gemiddelde kinetische eaerpe <•tot) wordt pgenn door:
•tot • { b1+
2
.t. b2+2 •
i
b1·2
.t.l,.a-12}
l .
<5-lBl
Daar ia hoofdstuk 3 aaacegeven ia 4at het totale kinetische Yer-aogen ale taaotie YRD de afatand oonatant moet si~a, volst hieruit dat de totale k.iaetiaohe enerlie niet constaat hoeft te sija ala tunetie Yaa de tijd.
C. Interactie tuaaen de snelle en laaszaae solt .(b1+ ea b2
.>.
Zoals ia hoofdstUk lii en Jil aanptooD4 Jruanea de aoclnerplijld.npa
(5-33)
bij deze interactie gereduceerd worden totadb
14b2-- 4914b2--
49-Hierin eabatitueren •• Toer de beide aodeas
Daar de boaogeae Yerpli3ldnpn in •
1
.~o) ea •2
.~•?• clie biel'1d.t Yo~, aiet-triYiale oploaeiapa aoeteD pYa, aoet 4e ooitfid.iatea-4etez-t aaat n l zijD. Uit (.5-~) en (5•35)YOlst
dus• o.
De viel'kazltnergelijld.ac, die hieruit TOOI" 4e g YOlc" 1 ia I
&2 .,2
' ' · 0
(,_,.1)
Daal' de frequentie ( D ) ooapl.ez kaa sijn aoetea bet iu~ •:J re a Jaet reile deel Y&A (5-41) aal ai3•· We etellea Q • w + 3v ea Yiadeaa
2 2
- w2+ v2+ w
S
~"'o
(1+X)l •
(Jy + wHx'" -
w ) +~
•o.
l
1s
01 p 01»
---..-- 2vw + v {
~.,.
01
(1+1) } . •0~
Uit (5-43) Yollt: v • 0 a dit su'batituerend. ia (5~2) Yiacla we eea TierkantnerplJ.jkias ia w • De oploniDCea JU.•naa sijaa
'"'
.---~.~---01 ~
l2
2,a
-50·
BiJ te,.aceatel.d pl'iellu •Dd.ela 'Yi.Ad.a w YOOI' YOortplaD.tiDgecoutaaDil,
waanoor pldtr
(,_,.,)
Dese reaultateza { (,..Z..,) en (5-46)
1
werden ook seYOJld.a in llootdatü: lY u wel. ia (lt-51) en (lt-52).We aokriJ•e• in de plaats Yan {5-44):
..
,
. . . - - - , - - - . ,5p.,.
(1+lXI>
~
2+
4PY 0 w (1+ lXI )+ lfw 2 (1-~>
l
.1s
1 p p 1feMD. W8 Yerier o11•:Jc, claD. njn de al.pmene oploaaiapa , Y&ll (,_39):
~
1
+(~) • (d18-vt + ~·vt> 8jwt ('-48)bz.Ç~)
•
o~
4
(f-~•J<
..
-o>Îa1.~vt
•
Î
•••;J< ..
-o>Îtz•vt] •J'"
<s-49>
Uit de l»eaiDYoorwaardea, ~t1
+~o) • b1(ft} en 'b2.(o) •o,
Yiaden we deco:utantea 41 en 42 • .Sv.'t.atitueren we desa in (5-48) a (5-49) c1aa,
.51
-(5-!$1)
Gebnik alteDel ftJl (,5-".) f t (.5•3.5) Yiadea we 't'OOr het ba .... t ftJl . .
alteolate waar4en van de aodea:
. De overdraoàtetaotor r1 2
..
-
ia hierbij sedetiaieer4 ~~-1 .
.
Voor de voortplanti.J~Saeoaetaatea, die Yol.cloea aaa (.5-45), p14tz F 1+ ,2_ i1ll 1. Ia tic. .5-1 ia de enerai• vaa de aodea ale t.Betie 'ft.ll • •
ti ;I d ptekead..