Методы и средства исследования электровакуумных приборов СВЧ с дискретным взаимодействием электронов и поля и их применение для проектирования ЛБВ сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн

• Автор: Мухин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 331 с. : ил

Содержание.
Введение
Глава 1. Моделирование процессов возбуждения поля заданным током в приборах О-типа с периодической замедляющей системой
1.1. Обзор математических моделей возбуждения полей в периодических структурах заданным чоком.
1.2. Сравнительный анализ математических моделей возбуждения полей заданным током в периодических структурах

1.3.Разностная форма электродинамической теории возбуждения периодических систем.

1.4.Усреднённое характеристическое сопротивление и сопротивление связи для однолучевых и многолучевых элект ронных потоков.
1.5. Анализ восстановления характеристик ЦСР по экспериментальным данным при использовании эквивалентных схем.

Выводы по главе 1

Глава 2. Метод эквивалентных систем. Принципы построения настраиваемых моделей резонаторных замедляющих систем в виде схем, составленных из четырехполюсников.

2.1 .Формализация ячейки резонаторной замедляющей системы

2.2..0.ределение электродинамических характеристик замедляющих систем по заданным элементам матричного оператора Ак
2.3.Методы определения элементов матричного оператора 2М-полюсника, описывающего характеристики замедляющих систем.
2.4.Метод эквивалентных систем. Основные положения.
2.4.1. Выбор эквивалентной замедляющей системы. Разделение ячейки ЗС на волноведущие каналы и их представление отрезками линий передачи с распределенными параметрами.
2.4.2. Построение моделей ЗС типа ЦСР, составленных из четырехполюсников.
2.4.3.Выбор размеров эквивалентных замедляющих систем.
2.4.3.1.Определение размеров эквивалентной системы методом параметрической оптимизации .
2.4.3.2.Выбор размеров эквивалентной ЗС с использованием методов регрессионного анализа
2.5.Алгоритм построения моделей резонаторных замедляющих систем методом
эквивалентных систем .
Выводы по главе 2

ГлаваЗ. Модели и алгоритмы для описания процессов взаимодействия в ЛБВ с резонаторными замедляющими системами СВЧ и КВЧ диапазонов
3.1. Разработка модели процессов дискретного взаимодействия в ЛБВ с резонаторными замедляющими системами
3.1.1.Выбор модификации системы нелинейных уравнений ЛБВ с дискретным взаимодействием
3.1.2.Самосогласованная система уравнений взаимодействия и алгоритм ее решения.
3.2.Разработка модели аксиально-симметричной замедляющей системы типа ЦСР со щелями
связи повернутыми на 180°. Оценка адекватности разработанной модели
3.2.1 .Построение волноводно-резонаторной модели ячейки ЗС типа ЦСР
3.2.2.Расчет дисперсии с использованием волноводно-резонаторной модели
3.2.3. Расчет сопротивления связи с использованием волноводно-резонаторной
модели
3.2.4. Учёт потерь
3.2.5. Оценка адекватности волноводно-резонаторной модели
3.2.6.Анализ влияния вариации размеров ВРМ на ее дисперсионные характеристики.
3.2.7.Алгоритм настройки волноводно-резонаторной модели по экспериментальным опорным точкам.
3.2.8.Построение регрессионных зависимостей для определения эквивалентных размеров волноводно-резонаторной модели по геометрическим размерам ЗС.
3.3.Разработка модели аксиально-симметричной ЗС типа ЦСР, учитывающей ее азимутальную неоднородность, для определения опорных точек
3.4.Разраббтка моделей замедляющих систем с прямоугольным поперечным сечением резонаторов для КВ Ч диапазона
3.4.1.Построение моделей замедляющих систем типа ЦСР с прямоугольным поперечным сечением резонаторов
3.4.2.Построение моделей замедляющих систем лестничного типа
3.4.3.Оценка адекватности моделей замедляющих систем с прямоугольным поперечным сечением
3.5.Разработка моделей оконечных устройств и методов определения их параметров
3.5.1.Исследование влияния параметров нагрузок на вид переходной характеристики
3.5.2.Модели оконечных устройств на основе отрезков линий передачи
3.5.3 .Модель оконечных устройств на основе сплайн-интерполяции их характеристик 163 Выводы по главе 3
Глава 4.Программный комплекс для моделирования процессов дискретного взаимодействия в ЛБВ СВЧ и КВЧ диапазонов
4.1 .Разработка концепции построения программного комплекса для моделирования процессов дискретного взаимодействия в ЛБВ
4.2.Модели и алгоритмы, используемые в программном комплексе "VEGA"
4.3. Структура программного комплекса "VEGA"
4.4.0рганизация интерфейса программного комплекса "VEGA"
4.5. Модификации программного комплекса "VEGA"
4.6. Сравнительный анализ программ расчёта дискретного взаимодействия в ЛБВ
Выводы по главе 4
Глава 5. Исследование возможности построения мощных широкополосных ЛБВ с использованием метода эквивалентных систем и программного комплекса «VEGA».
5.1. Особенности проектирования широкополосных и сверхширокополосных мощных ЛБВ на основе замедляющих систем типа ЦСР
5.2. Анализ возможности расширения полосы пропускания замедляющих систем типа ЦСР.
5.2.1.Исследование характеристик аксиально-симметричных замедляющих систем типа ЦСР с помощью программного комплекса «VEGA»
5.2.2. Анализ условий слияния резонаторной и щелевой полос пропускания аксиальносимметричных ЗС типа ЦСР с помощью ВРМ
5.2.3. Исследование электродинамических характеристик прямоугольных ЗС типа «петляющий волновод» миллиметрового диапазона
5.2.4. Анализ слияния основной и резонаторной полосы пропускания ЗС типа «петляющий волновод» миллиметрового диапазона при изменении критической длины волны щели связи
5.2.5. Анализ предельных возможностей расширения основной полосы пропускания и смены полос в замедляющей системе типа «петляющий волновод»
5.3. Замедляющие системы, реализующие предельные случаи расширения полосы пропускания
5.3.1. Замедляющая система типа «спиральный волновод»
5.3.2. Замедляющие системы типа «коаксиально-радиальная линия»
5.3.3.Построение модели замедляющей системы типа КРЛ.

где У+, V. - объемы одного периода системы, причём V, - объём справа, V. - слева от данного сечения г.
Подчеркнём, что разностное уравнение (1.39) является точным следствием обычных формул возбуждения и справедливо при произвольном выборе сечения г. От выбора г зависит только вид многополюсников, на которые разбивается система сечениями 2 , г±Ь но решение должно получиться одинаковым независимо от разбиения. При решении уравнения (1.39) для конечного отрезка системы краевые условия должны накладываться на Е и ДЕ или их комбинации на одной или двух границах отрезка.
Применим полученные общие соотношения к системе с дискретным взаимодействием электронов и поля в последовательности зазоров, расположенных около сечений ( к±0, ±1,±2...), и будем рассматривать возбуждение такой системы продольным током
ЛХ,У>2)=ЛХ,У,2)7о.
Будем считать, что фаза поля в каждом зазоре неизменна вдоль оси системы г, но может меняться в поперечном направлении, и запишем поле собственной волны в виде
Вещественную функцию распределения поля в зазоре Дг-гк) полагаем одинаковой для прямой и встречной волн. Для сеточного зазора эта функция отлична от нуля лишь внутри зазора ширины ё . Для бессеточного зазора она, строго говоря, нигде не обращается в нуль, однако очень мала в середине трубок дрейфа. Фактически и для бессеточного зазора можно считать ^г-2к) отличной от нуля только в пределах некоторой эффективной ширины зазора
Рассматривая полное поле Е в сечении г внутри к-го зазора (рис. 1.8), оказывается, что каждый интеграл (1.37) разбивается на два по У+д, У+,к+і справа от г и У.* , У.,ы слева от г. В результате получим следующее выражение для Н:
(1.43)

(1.44)