Особенности работы лампы обратной волны М-типа при наличии многочастотного входного сигнала

• Автор: Галац, Михаил Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Колебательные процессы в системах М-типа с обратной волной
1.1 Лампа обратной волны М - типа
1.2 Линейная теория приборов М-типа с разомкнутым электронным потоком для системы с обратной волной
1.3 Нелинейная теория взаимодействия электронного потока с монохроматической обратной волной
1.4 Нелинейная теория установления колебаний в ЛОВМ генераторе
1.5 Выводы к главе
2 Математическая модель лампы обратной волны М-типа
2.1 Постановка задачи
2.2 Приближения, применяемые для ЛОВМ
2.3 Моделирование потока заряженных частиц
2.4 Моделирование электромагнитных полей
2.4.1 Постановка задачи
2.4.2 Моделирование полей пространственного заряда
2.4.3 Моделирование полей замедляющей системы при наличии
электронного потока (уравнение возбуждения)
2.5 Выводы к главе
3 Работа лампы обратной волны М-типа в режиме регенеративного усиления
3.1 Пусковые условия в генераторе лампы обратной волны М-типа
3.2 Лампа обратной волны М-типа в режиме усиления монохроматического сигнала
3.3 Многосигнальный многочастотный режим работы усилителя
3.4 Выводы к главе
4 Влияние внешнего сигнала на процесс генерации колебаний в лампе обратной волны
4.1 Режим генерации
4.2 Особенности взаимодействия электронного потока в обратной волной при наличии внешнего сигнала(синхронизация)
4.3 Конкуренция при взаимодействии нескольких сигналов с разными частотами
4.4 Выводы к главе
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность исследования. Задача исследования процессов взаимодействия электромагнитной волны с нелинейными средами представляет интерес, поскольку процессы в системах электронный поток - электромагнитная волна лежат в основе функционирования практически всех электронноволновых систем. Особое место среди таких систем занимают электровакуумные приборы (ЭВП) СВЧ со скрещенными полями (приборы М-типа). Значительный уровень мощности излучения, высокая радиационная и тепловая стойкость, длительный срок службы и надежность сделали привлекательным их применение при решении задач радиолокации, связи, радиопротиводействия, промышленного и бытового нагрева, а также в области медицины и биологии [4 - 9,15].
При всей привлекательности эти приборы обладают рядом недостатков, связанных с особенностями процессов взаимодействия потока с электромагнитными волнами. К ним относится сравнительно высокий уровень шума, относительно невысокий коэффициент усиления, что ограничивает области их применения [58]. В определенной степени это связано с тем, что изучению физических процессов в приборах типа О уделяется больше внимания, в связи с чем потенциальные возможности приборов М-типа далеко не все изучены, тем более, что в классе мощных усилителей и генераторов им нет равных. Именно этим обусловлен интерес к выяснению новых условий работы приборов М-типа и определению возможностей их использования.
В настоящее время развитее электроники СВЧ в большей степени связано с усовершенствованием и видоизменением приборов, работа которых основана на хорошо известных принципах, поиском новых путей использования их, а не только с разработкой новых принципов генерации и усиления высокочастотных сигналов. Развивается и совершенствуется методика численного эксперимента. В связи с бурным развитием вычислительной техники появилась возможность усовершенствования математических моделей и по-

вышения точности производимых расчетов для исследования таких «тонких» эффектов, как многочастотные взаимодействия.
В этой связи очень удобной в качестве объекта исследований представляется лампа обратной волны М-типа, в которой направления фазовой и групповой скоростей электромагнитной волны противоположны. Такое условие обеспечивает наличие положительной обратной связи между входом, находящемся вблизи коллекторного конца прибора, и выходом, расположенным в прикатодной области. В зависимости от выбора параметров (длины пространства взаимодействия, величины тока электронного пучка) такой прибор может работать как в режиме усиления, так и в режиме генерации. Наибольшее распространение данные приборы получили как генераторы с электронной перестройкой частоты.
Одним из основных условий возбуждения колебаний заданной частоты, как следует из результатов теории, является равенство скорости электронного потока и фазовой скорости электромагнитной волны в замедляющей системе прибора (условие синхронизма) и необходимость обеспечения тока пучка, превышающего пусковой [1-5]. При заданной фазовой скорости для нескольких сигналов с разными частотами, в принципе, может быть выполнено условие пускового тока, что обусловлено свойствами замедляющей системы, используемой в приборе. Такое взаимодействие сигналов с различными частотами может привести к нестабильной работе, что может выражаться не только наличием на выходе сигналов двух и более частот, но и получением сигнала с нестабильной амплитудой [10, 14, 40, 59], в связи, с чем исследование подобных ситуаций представляет несомненный интерес.
Целью исследований является изучение особенностей работы ЛОВМ в нелинейном режиме регенеративного усиления при наличии сигналов, представляющих собой суперпозицию волн с различными частотами, и определение влияния воздействия внешних сигналов на процесс генерации.

ем в [26] и взяты на «несущей» частоте со, гр = |df5s (со) / dco 1, Д. и ys — дей-
ствительная и мнимая части собственной постоянной распространения волны, J — медленно меняющаяся комплексная амплитуда вектора плотности тока j = Re|j(г,0exp_j{cot-Д,я)]}.
Для нахождения значений плотности тока в пространстве взаимодействия необходимо рассмотреть уравнения движения электронов. Рассмотрим группу электронов, расположенных на протяжении одной замедленной длины волны со всевозможными фазами от 0 до 2п. Представим координату z какого-нибудь электрона из этой группы в виде z = z + z , где z — расстояние порядка замедленной длины волны, которую будем считать малой по сравнению с характерным масштабом изменения амплитуды C.s{z, /). Поэтому в уравнения движения можно подставить C.s(z, t) вместо C.s(z, t). Тогда в адиабатическом приближении имеем
Предположим, что отрицательный электрод (рисунке 1.2) достаточно удален от электронного потока и замедляющей системы, так что можно считать распределение поля замедленной волны экспоненциально убывающим при уменьшении у [18]
(1.42)
(1.43)

— = v.
(1.44)
E-s,z=-jE-s,y=Eо,-,ехР -iy-jz) ■

Перейдем в уравнениях (1.36) - (1.40) к безразмерным величинам