Серед найбільш помітних результатів роботи за означеними напрямками потрібно відзначити такі.

Отримала подальший розвиток модель клинотрона, що враховує неоднорідність розподілу магнітного поля та дозволяє оптимізувати положення клинотрона в робочому зазорі фокусувальної системи; відповідно до моделі було розроблено клинотрон неперервної дії з широкою смугою робочих частот 340-410 ГГц із максимальною вихідною потужністю 50 мВт [1,2].

З метою підвищення ефективності електронно-хвильової взаємодії розроблено клинотрон із триступінчастою гребінкою та робочим діапазоном частот від 79 до 106 ГГц. Вихідна потужність пристрою перевищувала 2 Вт, а в діапазоні плавного електронного налаштування частоти від 95,3 до 97,9 ГГц спостерігалася висока стабільність вихідної потужності [3,4].

Характеристика та зовнішній вигляд клинотрона безперервної дії на частоту 400 ГГц

Нові результати отримано під час дослідження режимів роботи мазерів на циклотронному резонансі (МЦР). Показано існування «додаткового» механізму групування електронів у галузі слабо неоднорідного магнітного поля в низьковольтних МЦР. Завдяки цьому механізму вдалося підвищити ефективність взаємодії гвинтового електронного пучка з модами резонатора традиційної геометрії за рекордно низької прискорювальної напруги 2,2 кВ, а також збудити моди типу TE_11q для поздовжнього індексу q від 1 до 7, що, в свою чергу, дозволило перестроювати частоту генерованих коливань у діапазоні 8,0 – 9,3 ГГц [5,6].

Методами чисельного моделювання показано можливість ефективної генерації коливань у гіротронах із дводзеркальним резонатором, конфокальним та планарним. Розрахунки виконано для гіротронів на основному гірорезонансі в діапазоні 75 ГГц з індукцією магнітного поля в області резонатора до 3 Т. У гіротроні з планарним резонатором, утвореним двома пласкими дзеркалами, ефективність одночастотної генерації становила 15%; стрічковий гвинтовий електронний пучок (ГЕП) було сформовано планарною магнетронно-інжекторною гарматою із прискорювальною напругою 12 кВ та струмом 1 А [7]. Ефективність одночастотної генерації для гіротрона з конфокальним резонатором, утвореним двома циліндричними дзеркалами, становила 14% за прискорювальної напруги 5 кВ та струмі стрічкового ГЕП 300 мА. Значення пітч-фактора в обох випадках знаходилися в діапазоні 1 – 1,35 [8].

Фотографія низьковольтного МЦР та результати траєкторного аналізу стрічкового ГЕП

із планарною магнетронно-інжекторною гарматою

Описані вище результати отримані групою науковців під керівництвом д.т.н. Б. П. Єфімова та к.ф.-м.н. О.М. Кулешова.

Протягом останніх десяти років під керівництвом Б.П. Єфімова проведено цикл робіт з дослідження довготривалих плазмових утворень, що збуджуються електричними розрядами в слабких електролітах. У період з 2008 по 2011 рік ці дослідження здійснювалися в рамках двох регулярних проектів, виконуваних під егідою УНТЦ за фінансової підтримки уряду Канади. Основні наукові результати за цим напрямком такі:

• електричні режими збудження довготривалих плазмоїдів із часом існування до 0,4 с у повітрі було експериментально досліджено; методами швидкісної зйомки, радіолокаційного та спектрального аналізу були отримані оцінки концентрації часток у плазмоїді, динаміки його існування та спектральний склад випромінювання [9];
• розроблено методику допплерівської локації із використанням триканального локатора для вивчення динаміки довготривалого плазмоїда, яку було реалізовано в експериментальній установці та випробувано на стратифікованому позитивному стовбурі тліючого розряду [10];
• розроблено та реалізовано експериментальну установку для підпалювання мікрохвильової плазми на кінці однопроводової лінії, що дозволило суттєво полегшити відпрацювання методик дослідження довготривалої плазми; досліджено режими роботи однопроводової лінії передачі електромагнітної енергії у міліметровому та субміліметровому діапазонах [11,12];
• запропоновано модель для описування динаміки довготривалого плазмоїда на основі збудження комплексних електромагнітних хвиль у шаруватих періодичних середовищах, яка отримала підтвердження в ході експериментального дослідження розподілу хвиль щільності води в умовах електричного розряду та зародження плазмоїда [13].

Починаючи з 2007 року проводяться роботи зі створення релятивістського імпульсного магнетрона на довжину хвилі 8 мм. Це перша спроба створення подібного пристрою в міліметровому діапазоні, і вона здійснюється спільно з фахівцями Інституту плазмової електроніка та нових методів прискорення ННЦ «ХФТІ» із використанням їхнього високовольтного обладнання.

Науковцями відділу розраховано параметри резонаторної системи та простору взаємодії магнетрона, що дозволяють реалізувати режим взаємодії з просторовою гармонікою зі всіма пов’язаними з цим позитивними наслідками. Запропоновано спосіб та виготовлено пристрій для вимірювання довжини хвилі випромінювання магнетрона (н.с. С.М. Терьохін).

Проведені експерименти загалом підтвердили правильність вибраних рішень. Наразі тривають роботи з модернізації експериментального устаткування, оптимізується електродинамічна система магнетрона з метою підвищення ККД та отримання максимально можливої потужності випромінювання (до 1 МВт) [14].

Пристрій має перспективи знайти застосування в якості дистанційного формувача електричного поля заданої напруги. Мета таких досліджень – визначити поріг стійкості радіоелектронної апаратури (та інших об’єктів) до впливу електромагнітного випромінювання в різних областях спектра як штучного, та і природного походження (приміром, грозові розряди). Такі дослідження здавна проводилися у довгохвильових діапазонах, а просування до короткохвильових гальмується через відсутність відповідних джерел.

Теоретичні дослідження динаміки заряджених пучків та їхньої взаємодії з електромагнітними хвилями в сучасних потужних помірно релятивістських пристроях НВЧ проводилися у відділі групою вчених під керівництвом к.ф.-м.н. К.В. Ільєнко.

Вперше побудовано аналітичний опис динаміки електронів у полі накачування гібридного лазера/мазера на вільних електронах (ЛВЕ/МВЕ), що є дійсним для всіх можливих значень провідного магнітного поля та, з його допомогою, вперше дано аналітичний критерій хаотизації динаміки часток пучка в гібридних ЛВЕ/МВЕ [15]. Запропоновано режим «оптимального» перевищення точного магніторезонансу, що відкриває можливість забезпечення високого ККД планарного гібридного ЛВЕ/МВЕ-підсилювача із регулярним хвилеводом за помірних значень амплітуди поперечного знакозмінного магнітостатичного поля ондулятора. Побудовано стаціонарну тривимірну нелінійну теорію ЛВЕ/МВЕ-підсилювача, що послідовно враховує як вихрову компоненту квазіелектростатичного, так і квазімагнітостатичне поля просторового заряду (не розповсюджувану, закритичну компоненту збуджуваного зарядженим пучком ЕМ поля). Встановлено, що вихрова компонента поля просторового заряду послаблює дефокусуючий вплив потенційної компоненти на групування в пучку [16]. Показано, що за використання методів еволюційної оптимізації можливо втричі збільшити ККД хвилеводних помірно релятивістських ЛВЕ/МВЕ-підсилювачів [17]. Запропоновано процедуру побудування рішень рівняння Максвела в дарвінівському наближенні для (кругової) циліндричної ідеально проводильної камери дрейфу. Знайдено власні квазістатичні електричне (із вихровою поправкою) та магнітне поля, що створюються довільними щільностями заряду та струму, які задовольняють рівнянню неперервності. Вивчено питання покращення збіжності отриманих виразів для полів на прикладі потенційної складової квазіелектростатичного поля та запропоновано узагальнення на випадок обмежених у поздовжньому напрямку камер дрейфу [18]. Побудовано аналітичні оцінки для критичного струму замагниченого кільцевого пучка заряджених часток у необмеженій у поздовжньому напрямку коаксіальній камері дрейфу за наявності діелектричної вставки кінцевої товщини, яка безпосередньо прилягає до зовнішнього провідника коаксіалу, а також аналітичну оцінку різниці потенціалів між внутрішнім та зовнішнім провідниками коаксіалу [19]. Запропоновано новий спосіб описання статичної складової потенційного електричного поля просторового заряду пучка заряджених часток, що розповсюджується в необмеженому в поздовжньому напрямку регулярному однозв’язному хвилеводі, що подібне до підходу Кісунько-Вайнштейна [20].

Вчені відділу першими знайшли обґрунтування фізики процесів у магнетронах з «харківським» режимом роботи  (керівник к.ф.-м.н. В.Д. Єрьомка). Теоретичними та експериментальними методами доведено, що основний вклад до ефективного енергообміну з електромагнітними хвилями у схрещених статичних електричному та магнітному полях у магнетронах терагерцового діапазону з «харківським» режимом роботи належить  електронно-хвильовій взаємодії в режимі дрейфово-орбітальних резонансів [21, 22]. Застосування нової аналітичної моделі, випробуваної із використанням тривимірних числових моделей, суттєво полегшує процеси розрахунку параметрів та конструювання імпульсних магнетронів у терагерцовій області спектра, зокрема, доведено можливість реалізації імпульсних магнетронів субміліметрового діапазону із потужністю вихідного сигналу в декілька сотень Ватт.

Серед нових досягнень вчених та інженерів відділу протягом останніх років варто згадати розробку субміліметрового клинотронного комплексу із високостабільним електромагнітним випромінюванням та рівнем вихідної потужності понад 40 мВт. Також розроблено та створено низьковольтний мазер на циклотронному резонансі із використанням нового принципу групування електронного потоку та устаткування мікрохвильового підпалювання плазми.

Вперше на базі двокаскадного клинотрона розроблено помножувач частоти субміліметрового діапазону. У першому каскаді пристрою генерується сигнал 3-мм діапазону, а в другому відбувається трикратне помноження частоти. Під час експериментальних досліджень виявлено порівняно низьковольтні режими роботи помножувача з напруженістю магнітного поля в 2-3 раз меншою, ніж у звичайних клинотронів субміліметрового діапазону. На довжині хвилі 0,93 мм вихідна потужність помножувача досягала 10 мВт із електронним налаштуванням частоти у смузі 365 МГц. У поєднанні з «клинотронним ефектом» запропонована схема помножувача частоти відкриває перспективу успішного освоєння терагерцового діапазону. Пристрій не має аналогів  серед приладів подібного класу (розробник к.ф.-м.н. М.В. Мільчо).

Отримано патенти України на винаходження нових генераторів електромагнітного випромінювання терагерцового діапазону з просторово розвиненим електронним потоком: імпульсних магнетронів з холодним катодом на дрейфово-орбітальних резонансах, клинотронів, гіроклинотронів, клинооротронів, орбиктронів, клиноорбіктронів, клістронів з розподіленою взаємодією, наноклістронів. Запропоновано, запатентовано та реалізовано оригінальний засіб стабілізації частоти коливань вихідного сигналу клинотронів, орбіктронів, клістронів з розподіленою взаємодією, наноклістронів та магнетронів терагерцового діапазону [23-25] (автори: В.Д. Єрьомка та інші).