Математические модели, численные методы и комплекс проблемно-ориентированных программ анализа усилителей магнетронного типа цилиндрической конструкции

• Автор: Зяблов, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 105 с. : ил.

1.1. Содержательная постановка задачи

1.2. Обзор существующих численных моделей магнетронных

усилителей.

1.3. Математическая постановка задачи.

1.4. Основные уравнения модели

1.5. Используемые методы численного решения основных

уравнений

1.6. Математические соотношения учета отражений и

переотражений

1.7. Математические соотношения учета возбуждения побочных

видов колебаний.

1.8. Вычисление выходных характеристик
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ МОДЕЛИ. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.
2.1. Общий алгоритм модели
2.2. Решение уравнений движения.
2.3. Расчет электрических нолей.
2.4. Решение уравнения Пуассона.
2.5. Решение волнового уравнения
2.6. Решение уравнений возбуждения
2.7. Вычисление выходных характеристик
2.8. Методика моделирования и общая организация программы
расчетов.
2.9. Программное обеспечение
2 Результаты тестирования программы на сходимость и
устойчивость
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИН РАБОТЫ СТАБИЛОТРОНА ПЛАТИНОТРОНА В ГЕНЕРАТОРНОМ РЕЖИМЕ
3.1. Особенности моделирования процессов самовозбуждения магнетронных усилителей.
3.2. Расчет динамических характеристик стабилотроиа.
3.3. Расчет частотных характеристик стабилотроиа
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНКУРЕНЦИИ РАБОЧЕГО И ПОБОЧНОГО ВИДОВ КОЛЕБАНИЙ В
АМПЛИТРОНЕ И УПВМ.
4.1. Возбуждения в амплитроне резонансных паразитных
колебаний.
4.2. Частотная характеристика амплитрона при возбуждении низковольтного вида колебаний.
4.3. Определение границы области усиления по анодному току
4.4. Моделирование УПВМ с учетом возбуждения побочных
видов колебаний.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Численное решение основных уравнений модели проводилось с помощью метода сеток, метода Хокни при решении уравнения Пуассона, метода крупных частиц и метода однородного поля при решении уравнений движения и других методов , , , , , . Достоверность. Достоверность полученных результатов основана на применении фундаментальных уравнений, апробированных методов численного моделирования, соответствии полученных результатов экспериментальным данным и физическим представлениям о работе магнетронных усилителей. Научная и практическая значимость. Научная значимость заключается в том, что разработанные методы моделирования процесса возбуждения побочных видов колебаний и их конкуренции позволяют проводить качественный и количественный анализ физических процессов, ранее находившихся за пределами компьютерных исследований. Практическая значимость работы заключается в следующем. Разработанные на основе математической модели программы расчетов успешно внедрены в практику проектирования магнетронных усилителей амплитронов илатинотронов в режиме усиления, усилителей прямой и обратной волны Мтипа о чем имеются 3 акта внедрения. Численные расчеты позволили сократить количество промежуточных экспериментальных макетов и стоимость разработки. Результаты работы использовались в учебном процессе дисциплинах Компьютерное моделирование, Проблемноориентированное моделирование. Научная новизна работы. Развита математическая модель динамических процессов для различного типа усилителей со скрещенными полями, основанная на совместном решении уравнений Лапласа, Пуассона, волнового уравнения, уравнений движения и возбуждения, отличающаяся возможностью учета отраженных и переотраженных волн, побочных колебаний и позволяющая описать рабочие характеристики режима усиления и граничные режимы. Впервые предложена численная модель стабилотрона, позволяющая исследовать протекающие в нем физические процессы и проводить расчет его характеристик. Предложен метод совместного решения уравнений модели, основанный на методе крупных частиц, приближении однородного поля, заключающийся в определении самосогласованного режима усиления при одновременном учете как ВЧ волны, обусловленной входным сигналом, так и волн, возникших в результате отражений от устройств ввода и вывода. Разработай комплекс проблемно ориентированных программ реализующий предложенную математическую модель для расчета и анализа приборов со скрещенными полями амплитрона, ультрона и усилителей прямой и обратной волны с пространством дрейфа, стабилотрона. На защиту выносятся. Математическая модель магнетронных цилиндрических усилителей со скрещенными полями, учитывающая отражения от устройств ввода и вывода энергии, наличие побочных видов колебаний и их конкуренцию с основным видом колебания. Алгоритм нахождения самосогласованного режима при одновременном учете как ВЧ волны, обусловленной входным сигналом, так и волн, возникших в результате отражений от устройств ввода и вывода энергии. Программное обеспечение расчета и анализа магиетронных усилителей прямой и обратной волны с пространством дрейфа, амплитрона, ультрона и генератора стабилотрона. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. В первой главе изложена содержательная и математическая постановка задачи. Суть работы магнетронных усилителей заключается в том, что подаваемый на вход прибора ВЧ сигнал усиливается за счет взаимодействия электромагнитной волны с электронным потоком. При этом происходит модуляция электронного потока, он принимает форму втулки со спицами. В усилителях прямой волны УПВМ, ультрон фазовая скорость ВЧ волны и скорость электронного потока имеют одинаковое направление, в усилителях обратной волны УОВМ, амплитрон противоположное. В амплитроне и ультроне между устройствами входа и выхода находится холостая ячейка, а в УПВМ и УОВМ пространство дрейфа с гладким участком анода в котором происходит демодуляция электронного потока, что снижает КПД прибора, но увеличивает частотную полосу усиления 4, 6, 8, , , , , . Резонатор обеспечивает высокую стабильность частоты генерации, а рассогласователь обеспечивает заданный режим работы платинотропа коэффициент усиления и выходную мощность.