Нелинейная динамика автогенераторов с запаздыванием на основе многорезонаторных пролетных клистронов

• Автор: Емельянов, Валерий Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Методика численного моделирования нестационарных процессов в усилителях и генераторах на основе многорезонаторного пролетного клистрона. Результаты тестовых расчетов
1.1. Устройство и принцип действия многорезонаторного пролетного клистрона
1.2. Методика численного моделирования
1.2.1. Нестационарное уравнение возбуждения резонатора
1.2.2. Метод «частиц в ячейке»
1.2.3. Особенности численного моделирования клистрона-генератора с внешней запаздывающей обратной связью
1.3. Программа численного моделирования нестационарных процессов в приборах клистронного типа
1.4. Результаты тестовых расчетов
1.4.1. Моделирование двухрезонаторного клистрона-усилителя
1.4.2. Моделирование двухрезонаторного клистрона-генератора с внешней запаздывающей обратной связью
1.4.3. Моделирование процессов усиления в четырехрезонаторном клистроне-усилителе
1.4.4. Моделирование процессов усиления в мощном семирезонаторном клистроне-усилителе
1.5. Выводы
Глава 2. Сложная динамика и управление хаосом в многорезонаторном
КЛИСТРОНЕ-ГЕНЕРАТОРЕ С ВНЕШНЕЙ ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
2.1. Моделирование перехода к хаосу в многорезонаторном клистроне-генераторе
2.2. Методика подавления автомодуляционных режимов в генераторах с внешней ЗОС

2.3. Моделирование подавления автомодуляции в многорезонаторном клистроне-генераторе с ЗОС. Расчет повышения мощности и КПД
2.4. Выводы
Глава 3. Генератор гиперболического хаоса на основе связанных пролетных клистронов
3.1. Основные положения теории гиперболичности. Принцип радиофизической реализации систем, обладающих гиперболическим аттрактором
3.2. Устройство и принцип действия генератора на основе связанных пролетных клистронов
3.3. Основные уравнения
3.4. Упрощенная модель генератора в виде точечного отображения
3.5. Результаты численного моделирования системы уравнений с запаздыванием
3.6. Результаты численного моделирования динамики генератора методом «частиц в ячейке»
3.7. Выводы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
Исследование нелинейных нестационарных процессов в различных приборах сверхвысокочастотной электроники остается одной из важных проблем радиофизики уже более 30 лет. Очевидное фундаментальное и прикладное значение имеют такие задачи как изучение паразитного самовозбуждения усилителей, генерация хаотических колебаний, усиление многочастотных сигналов и коротких импульсов, и др. Основным инструментом теоретического анализа подобных явлений является численное моделирование.
В настоящее время для моделирования нестационарных процессов в вакуумных приборах существуют мощные универсальные программные средства, такие как MAFIA, MAGIC, KARAT, UN1PIC, CST STUDIO и др., в которых электродинамическая часть задачи решается при помощи непосредственного интегрирования уравнений Максвелла (так называемые полностью электромагнитные коды) с заданными граничными условиями [1-3]. Однако применение упомянутых пакетов программ Является трудоемкой задачей, требующей больших затрат машинного времени и значительных вычислительных ресурсов. Их использование целесообразно только на заключительной стадии проекта для уточнения результатов, полученных при помощи более упрощенных моделей. Поэтому по-прежнему актуальна разработка программ численного моделирования, основанных на использовании различных вариантов нестационарной теории возбуждения электродинамических структур электронными пучками. Данные программы служат мощным средством моделирования на начальном этапе проектирования новых приборов и модернизации уже разработанных, где на первый план выходят простота построения модели и высокая скорость расчетов.

Рис. 1.3. Принципиальная схема многорезонаторного пролетного клистрона-генератора с внешней ЗОС. 1 — катод, 2 — электронный пучок, 3 — коллектор, 4 — аттенюатор, 5 — фазовращатель, 6 — направленный ответвитель, Ко — ускоряющее напряжение, Р0ш — мощность выходного сигнала
Для определения амплитуды возбуждающего тока 1т воспользуемся соотношением (1.30). В нем Рт — это мощность, поступающая в резонатор из линии ЗОС. Очевидно, что должно выполняться соотношение Рт = р2РоШ, где р — коэффициент ослабления сигнала по амплитуде, (глубина ОС, см. рис. 1.3), а Рош — мощность, поступающая из выходного резонатора, для которой имеем формулу (1.34). При этом считаем, что 0 < р < 1. Из этих соотношений находим

^10!0ь

Л Iе*
С учетом выражения для нормы колебаний Nк = V2 /2коак получаем А„=2ре'
^,2*0| 0Т*

1 _ 0С*
СДг-т).
(1.55)

В этом уравнении учтено, что сигнал, проходя по линии ЗОС, испытывает временную задержку т, а также сдвиг фазы ср, который контролируется фазовращателем (см. рис. 1.3). Подставляя (1.55) в (1.54), окончательно получаем