Математическое моделирование шумовых явлений в многорезонаторном магнетроне

• Автор: Каминский, Константин Вячеславович
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Известные подходы к анализу шумовых явлений в приборах М-типа
1.1 Анализ хаотических колебаний в электронных приборах
1.2 Шумы в приборах М-типа
1.3 О модуляционном механизме возникновения аномального шума
1.4 Численные методы моделирования
1.5 Выводы
ГЛАВА 2. Методика анализа режимов работы многорезонаторного магнетрона и программное обеспечение
2.1 Постановка задачи. Математическое описание модели
2.2 Метод определения уровня шума
2.3 Методы анализа траекторий движения зарядов
2.4 Описание разработанного программного комплекса
2.4.1 Архитектура программного обеспечения
2.4.2. Проведение расчетов с помощью программного обеспечения
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 Неустойчивость траекторий и шумы в режиме ограничения эмиссии пространственным зарядом
3.1 Моделирование траекторий движения зарядов в многорезонаторном магнетроне
3.2 Влияние циклоидальности на уровень шумов
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 Способы уменьшения шумов
4.1 Улучшение условий синхронизма в цилиндрическом магнетроне

4.2 Точное выполнение условий синхронизма в цилиндрическом магнетроне
4.3 Приближенное выполнение условий синхронизма в цилиндрическом магнетроне
4.4 Конструкция малошумящего магнетрона
4.5 Влияние азимутально неоднородного магнитного поля на уровень шумов
4.6 Эффект смены знака дрейфа зарядов в многорезонаторном магнетроне
4.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В последние годы методы нелинейной динамики находят все большее распространение при исследовании динамических систем самой различной природы. При этом выявляются ранее не обнаруженные хаотические режимы, позволившие объяснить ряд эффектов и особенностей систем, которые до этого не имели четкой физической трактовки.
С этой точки зрения особый интерес вызывают задачи, связанные с движением заряженных частиц в скрещенных электрических и магнитных полях в таких областях как астрофизика, физика ускорителей, СВЧ-электроника и др. Здесь необходимо отметить классические работы Г.М. Заславского, Р.З. Сагдеева, Б.В. Чирикова [28, 29, 30] и др., а также работу С.В. Поршнева по движению зарядов в магнитном поле Земли [56]. Важным классом устройств, использующих движение зарядов в скрещенных полях для целей генерации и усиления электромагнитных колебаний являются приборы магнетронного типа.
В работах В.Б. Байбурина, A.B. Юдина, А.О. Мантурова,
Н.Ю. Хороводовой, М.П. Беляева рассмотрены хаотические и регулярные траектории в скрещенных полях при различного вида неоднородностях действующих полей и их параметров [12, 13, 14, 73, 82, 83, 84], а также непосредственно в режимах магнетронного диода [70, 71, 72, 74, 75]. Хаотические режимы в магнетронном диоде рассмотрены в теоретических и экспериментальных работах В.Г. Усыченко, Э.В. Кальянова, A.B. Смирнова, В.М. Малышева [58, 59, 60, 65, 66] и др., в которых было экспериментально установлено, что шумовые колебания в магнетронных приборах имеют хаотическую природу.

недостаточной для классификации траекторий. Для систем, демонстрирующих периодическую динамику с периодом Т, Фурье-спектр будет содержать набор компонент, соответствующий частотам колебаний
2п - -с
со = — и кратным ей гармоникам. Если длина временной реализации
соответствует 2-3 циклотронным периодам, то спектр Фурье будет иметь разрешающую способность порядка 1/2 - 1/3 циклотронной частоты, что не позволяет достоверно разделять сплошной и дискретный спектры, характерные для хаотических и регулярных колебаний соответственно.
Автокорреляционная функция тоже может быть использована для анализа хаотичности траекторий. Для периодических процессов автокорреляционная функция таюке периодична, для нерегулярных -спадающая. Малая длина временной реализации г (7) ограничивает возможности применения данного метода для классификации траекторий по степени хаотичности, однако метод может быть использован для разделения траекторий на хаотические и регулярные путем визуального сравнения графиков автокорреляционной функции.
В данной работе для классификации траекторий был выбран метод расчета старшего ляпуновского показателя в качестве основного, автокорреляционная функция использовалась в качестве дополнительного метода. Также был использован метод визуализации траекторий, при котором строились две траектории движения зарядов с незначительно отличающимися начальными условиями вылета зарядов с катода. При этом оценивалось расхождение траекторий при достижении зарядами анода.