Совершенствование методик расчёта и экспериментальных исследований узлов многолучевых клистронов и широкополосных ЛБВ

• Автор: Золотых, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Применение универсального программного обеспечения для решения инженерных задач СВЧ электроники

1.1.1. Задачи согласования и расчёта коэффициента отражения

1.1.2. Задачи проектирования зондовых устройств для

измерения электродинамических характеристик СВЧ узлов

1.2. Особенности определения резонансных частот

промежуточных резонаторов клистрона в динамическом режиме

1.3. Выводы. Постановка задачи исследования

Глава 2. Методика определения резонансных частот промежуточных

резонаторов клистрона
2.1. Особенности настройки резонаторов клистрона
для получения требуемой АЧХ
2.2. Методика расчёта резонансных частот резонаторов клистронов
2.3 Алгоритм расчётно-экспериментального определения
значений резонансных частот промежуточных резонаторов
2.4. Выводы
Глава 3. Разработка численно-аналитической методики проектирования
и исследование петлевого зонда, обладающего малым
возмущением электромагнитного поля резонатора клистрона
3.1. Особенности измерений резонансных частот промежуточных резонаторов при помощи щелевого зонда
3.2. Методика расчёта петлевого зонда
3.2.1 Выбор конструкции зонда
3.2.2 Расчёт импеданса петли связи в поле резонатора
3.2.3 Расчёт петлевого зонда для измерения электродинамических характеристик резонаторов многолучевого клистрона Ки-диапазона
3.3. Выводы
Глава 4. Разработка численно-аналитической методики расчёта коэффициента отражения в области сопряжения
«волновод-замедляющая система»
4.1 Особенности применения современного программного обеспечения для расчёта коэффициента отражения в узлах сопряжения ввода/вывода энергии и замедляющей системы
4.2 Теоретические основы методики расчёта коэффициента отражения
4.3 Особенности применения методики для ЛЕВ с замедляющей системой спирального типа и с коаксиальным вводом энергии
4.4 Результаты моделирования входных секций ЛЕВ Х-диапазона
и К-Ка-диапазона с замедляющими системами спирального типа
4.5 Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение

Введение
На сегодняшний день перспективы развития вакуумных усилителей СВЧ диапазона достаточно точно определены. Особенно явно это выражается в различных исследовательских программах, разработанных и реализующихся за рубежом [1]-[3]. Основной целью разработок является расширение полосы усиливаемых частот и продвижение в более высокочастотную область — коротковолновый миллиметровый и терагерцовый диапазон. В нашей стране также ведутся разработки перспективных ЛЕВ и усилителей клистронного типа.
В работе [4] рассмотрены принципы построения и выходные характеристики мощных многолучевых ЛЕВ на цепочках связанных многозазорных резонаторов для бортовых радиолокационных и телекоммуникационных систем коротковолновой части миллиметрового диапазона волн. В [5] и [6] обсуждаются возможности развития наиболее перспективной разновидности усилителей клистронного типа - многолучевых клистронов.
Одна из причин такого интенсивного развития вакуумной электроники связана с развитием технологий электронно-вычислительных машин и универсального программного обеспечения (ПО). Уровень развития современного программного обеспечения позволяет решать сложнейшие инженерные задачи из разных областей физики. Существует целый ряд программ, способных численно решать уравнения Максвелла для замкнутых и открытых областей с учётом множества различных параметров и характеристик, описывающих реальный объект.
Точность расчёта электродинамических систем становится сопоставимой с точностью натурного эксперимента, что позволяет отказываться от оптимизации разрабатываемого устройства путём макетирования. Кроме того, современные программные комплексы способны решать так называемые задачи «транзиентного» анализа. Проектируемое устройство анализируется не только по

во время расчёта, проводимого с помощью универсальной программы, мелкоразмерные элементы. Это позволяет избегать сильного сгущения сетки МКЭ вокруг таких элементов, что повышает скорость расчёта до нескольких раз. Эти два подхода нашли широкое распространение в инженерной практике, т.к. оптимально сочетают в себе точность расчёта и быстродействие.
1.2. Особенности определения резонансных частот промежуточных резонаторов клистрона в динамическом режиме
Рассмотренные выше методики относились к измерениям, проводимым в отсутствие электронного потока сквозь резонаторную или замедляющую систему СВЧ усилителя. Данные методики могут быть использованы ещё на этапе макетирования электродинамических систем, т.е. до процесса герметизации и откачки готового изделия. Рассмотрим вопрос об определении резонансных частот промежуточных резонаторов.
Как известно, для достижения требуемой амплитудно-частотной характеристики приборов клистронного типа, необходимо расстроить резонаторы прибора в соответствии с заранее известными значениями резонансных частот, получаемых на основе результатов оптимизации.
До герметизации изделия данная настройка производится путём измерения резонансных частот посредством введения зонда в полость резонатора через технологическое отверстие в одной из его стенок, т.е. измерения производятся на негерметичном, не откачанном приборе. Очевидно, что на готовом приборе зондовым методом уже невозможно проводить измерения в силу отсутствия доступа к промежуточным резонаторам прибора.
Однако при герметизации (запайке технологических отверстий и сочленений элементов резонаторного блока) происходит изменение расстройки собственных частот резонаторов, что определяет потребность в определении резонансных частот на готовом приборе. В этом случае определение собственных частот становится возможным только на работающем приборе и, следовательно,