Генерация нерегулярных колебаний в приборах М-типа

• Автор: Свежинцев, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 111 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МАГНЕТРОННОМ ГЕНЕРАТОРЕ.

1.1 .Движение электронов в пространстве взаимодействия магнетрона

1.1.1. Уравнения движения в плоской системе координат

1.1.2. Уравнения движение в цилиндрической системе координат

1.1.3. Траектории электронов в режиме генерации двух сигналов с кратными частотами

1.2. Подход к вычислению амплитуды СВЧ поля

1.3. Приближенный метод расчета уровней гармоник в приборах М-типа

1.3.1. Плотность распределения пространственного заряда

1.3.2. Выражение для наведенного тока
1.3.3. Мощность на гармонике
1.4. Математические модели генераторов, использующие численные методы решения
Выводы
2. МОДЕЛЬ ПЛОСКОГО МАГНЕТРОНА. РАБОТАЮЩЕГО В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАЦИИ ДВУХ СИГНАЛОВ РАЗНЫХ ЧАСТОТ
2.1.Уравнение возбуждения
2.2.Норма колебаний
2.3.Уравнения движения
2.4.Форма электронного облака
2.5 .Случай кратных частот
2.5.1. Решение уравнений движения
2.5.2. Учет формы электронного облака
2.5.3. Рабочие уравнения
2.6.Случай близких частот
2.6.1, Учет формы электронного облака
2.6.2. Рабочие уравнения
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ ДВУХ СИГНАЛОВ С КРАТНЫМИ ЧАСТОТАМИ
3.1 Выбор численного метода
3.2 Результаты численного эксперимента
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ ДВУХ СИГНАЛОВ С БЛИЗКИМИ ЧАСТОТАМИ
4.1 Изменения в структурной схеме программы
4.2 Динамика колебаний при отношении частот 2:
4.3 Динамика колебаний при отношении частот 3:
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время растет интерес к вопросам, связанным с возможностью получения хаотического режима генерации СВЧ приборов. Такой процесс может существовать в системах, обладающих сильной нелинейностью, например, в электронных приборах сверхвысоких частот со скрещенными полями, причем одним из наиболее вероятных условий его появления следует предположить результат нелинейного взаимодействие сигналов, имеющих различные частоты, с электронным потоком в одном пространстве в заимодействия.
Вопросы возбуждения устойчивых колебаний в СВЧ приборах М-типа достаточно хорошо изучены и в литературе имеется большое количество моделей, описывающих устойчивый одночастотный процесс генерации в магнетронах. Однако явления, протекающие при взаимодействии электромагнитного поля, имеющего сложный спектральных состав, с электронными потоками в скрещенных полях, пока не ясны, тем более пока не известны условия возникновения стохастических колебаний.
К этому же следует принять во внимание сложности в создании электродинамических замедляющих систем, в которых могли бы распространяться электромагнитные волны с заданными величинами фазовых скоростей, и практической невозможности конструирования такого прибора без выяснения всех особенностей условий генерации сигнала с заданным спектром.
Поэтому подход к решению данной проблемы следует искать через математическое моделирование явлений в приборах М - типа и изучение физических процессов, протекающих в них.
Для построения модели, позволяющей описывать процессы взаимодействия двухчастотного сигнала с электронным облаком в

Не вдаваясь в подробности формирования облака пространственного заряда вблизи катода, являющейся самостоятельной задачей и не входящей в сферу интересов данной работы, получим эволюционные уравнения, позволяющие анализировать процессы развития колебаний в этой системе, поскольку именно мощное высокочастотное поле ответственно за формирование облака пространственного заряда в процессе генерации. Будем рассматривать двухчастотный режим работы прибора, соответствующий развитию двух колебаний с частотами со, и со г При этом условно будем считать частоту ®1 "основной", а о) 2 - "дополнительной”, а колебания близки к соответствующим собственным колебаниям резонаторной системы магнетрона.
Основные допущения и ограничения, при которых решается задача, следующие:
- рассматривается, двухмерная замедляющая система, помещенная в статические скрещенные поля и В0 ( д/дх = 0 ) (рис.2.1.);
- фазовые скорости волн близки к скорости электронов (но не обязательно ей равны);
- режим работы нерелятивистский, т.е. дрейфовая (переносная) скорость электронов значительно меньше скорости света (и, = Е0 /В0 « с);
- выходное устройство - волноводного типа, причём влияние всех элементов, находящихся за щелью связи, не учитывается.
Электромагнитное поле в пространстве взаимодействия при наличии электронного облака можно представить как суперпозицию комбинаций собственных колебаний невозмущённой структуры и градиентного слагаемого, определяющего поле пространственного заряда [37]:
Индекс п соответствует номеру собственного колебания, ар- номеру той временной гармоники, которая разлагается по собственным колебаниям. Сла-