Многоволновая трехмерная модель амплитрона и ее применение

• Автор: Леванде, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. МНОГОВОЛНОВАЯ ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ АМПЛИТРОНА

1.1. Постановка задачи

1.2. Анализ возможностей численного моделирования усилителей

МТИПА И ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МОДЕЛИ.

1.3. Основные уравнения модели

1.4. Реализация основных уравнений модели численными методами

1.5. Метод визуального представления конфигурации электронного

ОБЛАКА.

1.6. Алгоритм и общая организация программы расчетов

1.7 Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ АМПЛИТРОНА В НОМИНАЛЬНОМ И ПРЕДЕЛЬНОМ РЕЖИМАХ
2.1. Анализ сходимости модели при установлении стационарного РЕЖИМА
2.2. Анализ устойчивости результатов моделирования при вариации
СЛУЖЕБНЫХ ПАРАМЕТРОВ.
2.3. Исследование адекватности модели в номинальном режиме
2.4. Исследование моделирования в предельном режиме.
2.4.1 Особенности моделирования режима срыва усиления
2.4.2 Методика оперативного определения параметров срыва усиления.
2.4.3 Исследование устойчивости модели при моделировании режима срыва усиления.
2.5. ВЫВОДЫ.
3. ПРИМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НОМИНАЛЬНЫХ И ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АМПЛИТРОНА
3.1. Исследование работы амплитрона на границе полосы усиления
3.1.1 Анализ процесса начала режима усиления.
3.1.2 Анализ процесса срыва усиления.
3.2. Исследование влияния эмиссионных способностей катода на
РАБОТУ АМПЛИТРОНА
3.2.1. Анализ влияния термоэмиссионной характеристики катода на работу амплитрона.
3.2.2. Анализ влияния вторичноэмиссионной характеристики на работу амплитрона
3.2.3. Исследование работы амплитрона с катодом со смешенными эмиссионными характеристиками
3.3 Исследование влияния на работу амплитрона аксиальной и
радиальной неоднородности статических полей.
3.3.1. Анализ влияния неоднородности электростатических полей
3.3.2. Анализ влияния неоднородности магнитного поля
3.4. Выводы
4. ПРИМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В АМПЛИТРОНЕ.
4.1. Исследование влияния рассогласованной нагрузки на работу амплитрона.
4.1.1. Анализ влияния амплитудной характеристики отраженной волны на работу амплитрона.
4.1.2. Анализ влияния фазовой характеристики отраженной волны на работу амплитрона
4.2. Исследование усиления двухчастотного сигнала
4.2.1. Исследование усиления двухчастотного сигнала в зависимости
от разницы их частот.
4.2.2 Исследование влияния конкуренции на усиление
низковольтного сигнала.
4.2.3 Исследование влияния конкуренции на усиление высоковольтного сигнала.
4.2.4 Исследование усиления двухчастотного сигнала в зависимости от соотношения мощностей на входе.
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Выявлены и обоснованы изменения динамических характеристик амплитрона с различными типами катодов в режиме недостаточной эмиссии. Проведенный анализ показал зависимость результатов моделирования в номинальном режиме и особенно в режиме срыва усиления от неоднородности магнитного поля. Уменьшение тока на анод при расфокусирующих магнитных полях (по сравнению с однородными магнитными полями) объясняется большим током утечки на торцевые экраны. В результате снижения плотности пространственного заряда происходит увеличение динамического сопротивления и смещение ВАХ (и напряжение срыва, соответственно) в область более высоких анодных напряжений. При фокусирующих магнитных полях наблюдается уменьшение эффективной высоты анода, но при этом происходит увеличение плотности пространственного заряда. В четвертой главе рассматриваются вопросы применения разработанной модели для анализа усиления многоволнового и многочастотного сигналов. В частности, в работе изучены закономерности усиления как основного, так и отраженного сигналов и их взаимного влияния. При этом анализ проводился для различных значений модуля и фазы коэффициента отражения, мощности и частоты основного сигнала, а также в зависимости от режима питания. Как показано, наличие отражений существенно не сказывается на усилении рабочего сигнала. В работе проведено исследование особенностей усиления двухчастотного сигнала при существенной отстройке частот. При этом параметры одного из сигналов соответствовали рабочему виду, второго - паразитному виду колебаний. Исследование проводилось при вариации частотной отстройки между сигналами, а также уровня мощности каждого из сигналов. Из полученных результатов следует, что при разных анодных напряжениях усиливается тот сигнал, который находится в синхронизме с ^ электронным потоком. Также показано, что наличие на входе двухчастотного сигнала отражается на эффективности взаимодействия, в результате чего наблюдается уменьшение анодных токов и коэффициентов усиления по сравнению со « значениями этих параметров при усилении одночастотного сигнала. Наличие сигнала высокой частоты обусловливает ограничение сверху области анодных напряжений, в которой происходит усиление низкочастотного сигнала, а также существенно уменьшает максимальные значения его коэффициента усиления. В заключении подводится итог проделанной работы, приводятся основные результаты исследования и описываются перспективные пути дальнейшего совершенствования модели и ее применения для анализа процессов в амплитроне. Конференции «Перспективные направления развития электронного приборостроения» (Саратов, ). Основные результаты диссертационного исследования изложены в опубликованных печатных работах. Разработанное программное обеспечение внедрено в научно-техническом отделе разработок СВЧ приборов ЗАО «Тантал-Наука», о чем имеется соответствующий акт внедрения. Применение модели позволило сократить число промежуточных макетов, что привело к снижению затрат и времени, разработки новых изделий. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы. В настоящей главе изложены основные математические соотношения, описывающие многоволновые и трехмерные процессы в амплитроне, методы численного решения основных уравнений и алгоритм моделирования. В начале главы проводится анализ наиболее насущных проблем теоретического описания усилителей М-типа и, в частности, амплитрона, и исследуются возможности численных методов анализа, обосновывается выбор метода моделирования основных модельных соотношений, приводятся основные характеристики программного обеспечения, разработанного на основе предложенной модели. Эти эксплуатационные показатели обеспечили амплитрону достойное место среди электронных приборов СВЧ диапазона. К настоящему времени разработаны и находят широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре десятки типов амплитронов импульсного и непрерывного действия, работающих в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. По конструкции и принципу работы амплитрон весьма близок к магнетрону.