Вывод СВЧ энергии из резонатора управляемой трансформацией вида колебаний

• Автор: Игумнов, Владислав Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ И ВЫВОДА
1.1. Требования к резонансным СВЧ компрессорам для их применения в источниках питания линейных резонансных ускорителей. Возможности исследуемой системы
1.2. Явление трансформации волн. Выбор метода анализа
1.3. Общий анализ процесса межвидовой передачи энергии
1.3.1. Передача энергии к добротному виду
1.3.2. Передача энергии к предельно низкодобротному виду
1.4. Амплитудно-частотная характеристика исследуемой системы
1.5. Расчет коэффициента межвидовой связи и оценка усиления мощности
1.5.1. Расчет межвидовой связи
1.5.2. Оценка мощности формируемой и излучаемой волны
1.5.3. Условие компенсации
1.5.4. Максимальная мощность и усиление
1.6. Анализ работы модели исследуемой системы
1.6.1. Обоснование и описание модели
1.6.2. Анализ без учета переходных процессов в шлейфе
1.6.3. Анализ с учетом переходных процессов в шлейфе
1.6.4. Анализ процесса вывода через реккурентные соотношения
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ СВЧ КОМПРЕССОРОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ НА НИЗКОМ УРОВНЕ МОЩНОСТИ
2.1. Расчет и проектирование СВЧ компрессоров с выводом энергии управляемой трансформацией вида колебаний
2.1.1. Резонансный СВЧ компрессор с умеренно многомодовым резонатором
2.1.1.1. Расчет без учета влияния шлейфа
2.1.1.2. Расчет с учетом влияния шлейфа
2.1.2. Резонансный СВЧ компрессор со сверхразмерным резонатором
2.2. Исследование процесса возбуждения связанных видов колебаний
2.3. Измерение коэффициента межвидовой связи
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫВОДА ЭНЕРГИИ НА ВЫСОКОМ УРОВНЕ МОЩНОСТИ
3.1. Компрессия СВЧ импульсов в умеренно многомодовом резонаторе с передачей энергии к добротному виду колебаний
3.2. Компрессия СВЧ импульсов в умеренно многомодовом резонаторе с передачей энергии к виду низкодобротному
3.3. Управляемый вывод энергии из сверхразмерного резонатора
3.3.1. Выбор и описание системы
3.3.2. Результаты экспериментов
3.3.3. Формирование СВЧ импульсов при дробном выводе энергии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Мощные электромагнитные импульсы СВЧ диапазона широко используются в различных областях науки и техники, непрерывно и динамично развивающихся, что постоянно предъявляет новые требования к источникам и параметрам импульсов. В соответствии с требованиями развиваются и совершенствуются традиционные электронно-лучевые и твердотельные СВЧ генераторы и усилители [1,2]. Параллельно с развитием активных СВЧ приборов исследуются системы пассивного усиления СВЧ мощности, работающие на основе временной компрессии импульсов активных источников [3-8].
В первых пассивных системах компрессия осуществляется передачей частотно-модулированного СВЧ импульса по волноводной линии с сильной дисперсией. Зависимость групповой скорости передаваемой волны от несущей частоты приводит к тому, что спектральные составляющие импульса движутся по линии с различной скоростью. Усиление достигается подбором параметров линии и закона модуляции такими, что в заданную часть линии составляющие приходят одновременно, обеспечивая повышение мощности СВЧ импульса. Однако системы такого типа имеют относительно низкий коэффициент усиления, как правило, не превышающий несколько единиц [9-11].
В 60-70-е годы прошлого века появились первые публикации по усилению мощности СВЧ импульсов другим пассивным способом - резонансной компрессией. В основе способа лежит накопление энергии относительно длинного СВЧ импульса в резонаторе и быстрый ее вывод в нагрузку [12]. Использование резонаторов с большим объемом и значительным запасом энергии и быстрый вывод накопленной энергии обеспечивают таким источникам высокий уровень мощности формируемых импульсов. В ряде случаев он сопоставим с уровнем мощности наиболее мощных на сегодняшний день релятивистских СВЧ генераторов и усилителей [13-15].
Простота резонансных СВЧ компрессоров, невысокая стоимость, возможность работы с высокой частотой следования и возможность исполнения на хорошо освоенной промышленной элементной базе делает такие приборы перспективными для применения в различных областях науки и техники. Компрессоры позволяют модернизировать действующие СВЧ генераторы и усилители и, расширяя их технические характеристики, создают новые источники мощного импульсного СВЧ излучения для станций РЛС, лабораторных и полигонных исследований [16-22]. Резонансные СВЧ компрессоры легко интегрируются в системы ВЧ питания ускорителей и успешно в них используются [3,23,24], увеличивая импульсную мощность систем и энергию

( * * / т
і * 1 і ■ У' /
і ■ ■ і ■' / /
і ■ ■ .•V

і«! Г

Л ь / ;і 1 (' А /

/ X Л / 1 ч

! .- .-*** ч
г / ■ • ■

1*4 I

ІГ -
і •д > |: 1 Ті г 1 <

і і ч * - У

Рис. 1.4.3. Расчетные зависимости постоянной времени резонатора (а) и усиления (мощности) волн в резонаторе (б) и шлейфе (в,г) от у при различных Ь и оптимальном к. (а) и (в): 1 - й = 0.003; 2-й = 0.03; 3-й = 0.15. (б) и (г): 1 - й = 0.3; 2 - й = 0.7; 3 - й = I.
По мере увеличения связи резонатора со шлейфом влияние шлейфа, как на добротность, так и на частоту, усиливается и при очень сильной связи система, фактически, работает как единый резонатор.
Возможность реализации граничных случаев межвидовой передачи энергии в исследуемой системе обеспечивается ее особенностью, заключающейся в возможности управления связью видов колебаний. Кроме шлейфа, обеспечивающего управление связью, компрессор имеет специальное устройство вывода, выполненное в форме плавного перехода, согласованно сопрягающего корпус резонатора с выходным волноводом. С нагрузкой резонатор связывается через интерференционный СВЧ переключатель, встроенный в выходной волновод. В зависимости от состояния, в котором находится переключатель, резонатор связан с