Многоканальные клистронные резонаторы с кратными резонансными частотами

• Автор: Сенчуров, Виктор Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Резонаторы для СВЧ приборов клистронного типа.

1.1.1. Несинусоидальная скоростная модуляция

1.1.2 Конструкции однозазорных резонаторов для несинусоидальной скоростной модуляции.
1.1.3 Конструкции двухзазорных резонаторов для несинусоидальной скоростной модуляции.

1.1.4. Резонаторы с кратными частотами основного и собственных

высших видов колебаний

1.1.5 Резонаторы с тремя кратными частотами

1.1.6. Многолучевые клистроны, содержащие резонаторы с кратными частотами разных видов колебаний
1.2. Резонансное ускорение сгустков электронов в клистронном преобразователе СВЧэнергии в энергию постоянного тока.
1.3. Аналогия между многолучевым СВЧ прибором и электрическим ракетным двигателем
1.4. Выводы
Глава 2. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ОДНОЗАЗОРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ, НАСТРОЕННЫЕ НА КРАТНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ.
2.1 Общие положения.
2.2. Методика расчета многоканального однозазорного резонатора цилиндрической формы, настроенного на резонансные частоты кратные двум.
2.3. Методика расчета электронных параметров резонатора,
нагруженного пучком.
2.4 Методика оптимизации однозазорных резонаторов
2.5. Программа ВЕЫЕ и результаты ее тестирования
2.6. Оптимизация параметров и конструкции резонаторов.
2.7. Выводы.
Глава 3. ДВУХЗАЗОРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ С ДВУМЯ КРАТНЫМИ РЕЗОНАНС1ЫМИ ЧАСТОТАМИ
3.1 Общие положения.
3.2. Методика расчета электродинамических параметров двухзазорного
иростраиственноразвитого резонатора
3.3 Синтез режима с кратными резонансными частотами.
3.4. Перестройка резонаторов за счет изменения длины зазоров и введения подстроенного элемента стержня в максимум электрического поля резонатора.
3.5. Выводы.
Глава 4. ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ РЕЗОНАТОРОВ В МНОГОЛУЧЕВЫХ ПРИБОРАХ И УСТРОЙСТВАХ.
4.1. СВЧнагрев.
4.2. Оценка эффективности использования клистрода, как удвоителя частоты источника СВЧ энергии.
4.3. Применение многоканальных резонансных систем для резонансного ускорения потока заряженных частиц.
4.3.1. Расчет расстояния между экранным и управляющим электродами в устройстве регулируемой силы тяги
4.3.2. Расчет длины волны генератора высочастотных колебаний в устройстве регулируемой силы тяги
4.3.3. Расчет скорости ионов на выходе ионного двигателя
4.3.4. Сравнение эффективности устройства для создания регулируемой силы тяги в электрическом ионном двигателе с 4х сеточным ракетным двигаелем ОЬ4С.
4.4 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Устранить этот недостаток можно за счет сокращения числа резонаторов путем возбуждения в одном резонаторе одного или двух высших видов колебаний, кратных основному виду. Исследованием возможности использования паразитных высших видов колебаний в качестве рабочих для реализации режима несинусоидальной скоростной модуляции в однолучевых клистронах занимались многие отечественные ученые Андреев В. Г., С. Н. Голубев, С. А. Зусмановский, Ю. А. Кацман, В. И. Кучугурный, С. В. Лебединский. В последнее время начались интенсивные исследования возможности возбуждения кратных видов колебаний в многоканальныхконструкциях резонаторных систем А. Н. Королев, К. Г. Симонов. Однако рекомендации для оптимального конструирования двухчастотных резонаторов были предложены для использования только в однолучевых клистронах. В связи с этим большой интерес представляют работы, направленные на разработку многоканальных резонаторов с кратными резонансными частотами для многолучевых конструкций приборов. Создание таких систем затрудняется в связи с недостаточной теоретической и экспериментальной исследовательностью поведения основного и высших видов колебаний, как в однозазорных, так и в двухзазорных конструкциях. Отсутствие адекватных, аналитических моделей, методик синтеза и оптимизации таких систем приводит к тому, что процесс проектирования остается чисто экспериментальным, требует больших затрат времени и материальных ресурсов. Основной целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка многоканальных однозазорных и двухзазорных клистронных резонаторов, выполненных на основе ступенчатонеоднородных отрезков линии передачи, оптимизация их параметров для достижения высокой эффективности при взаимодействии электронных потоков с электромагнитными полями кратных по частоте основного и высшего видов колебаний в многолучевых СВЧ приборах клистронного типа, работающих в режиме нссинусоидальной скоростной модуляции или в режиме умножения частоты. СВЧ нагрев. Объектом исследования являются многолучевые СВЧ устройства или их модели с модуляцией потока заряженных частиц по скорости и по плотности, в которых используются резонаторы с кратными частотами. Разработанная методика расчета и компьютерного моделирования электродинамических характеристик основного и высших видов колебаний в многоканальных однозазорных резонаторов, основанная на комбинированном использовании приближенноаналитических методы эквивалентных длинных линий и численных метод конечных элементов в частотной области, а также теории подобия, позволяет исследовать условия возбуждения этих резонансных систем на основном и высших видах колебаний, частоты которых находятся в отношении . Разработанная аналитическая методика оперативного расчета электродинамических параметров, не имеющих осевой симметрии, многоканальных двухзазорных резонаторов древовидного типа, основанная на методе эквивалентных длинных линий, позволяет исследовать основные закономерности поведения частоты основного противофазного вида колебаний и частоты первого высшего синфазного вида колебаний от числа лучей и других влияющих факторов, а также определить условия настройки этих систем, при которых частоты находятся в отношении , . На основе проведенных численноаналитических расчетов показано, что в семилучевом клистродеудвоителе с дополнительным промежуточным двухчастотным однозазорным резонатором и выходным резонатором, настроенным на частоту второй гармоники конвекционного тока, можно получить на частоте МГц ранее недостижимые значения выходных параметров КПД, близкий к при уровне выходной непрерывной мощности около кВт. Достоверность полученных результатов обеспечивается построением математических моделей на основе фундаментальных исходных уравнений вакуумной СВЧ электроники и законов электродинамики, корректностью упрощающих предположений, соответствием результатов расчета и решений тестовых задач, а также хорошим соответствием расчетных и экспериментальных данных, полученных с помощью современной измерительной аппаратуры.