Оптимизация параметров одно- и многолучевых автогенераторов на двухзазорных резонаторах

• Автор: Горлин, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 165 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГЕНЕРАТОРАМ СВЧ

ПРОСТОЙ КОНСТРУКЦИИ И ДВУХЗАЗОРНЫМ РЕЗОНАТОРАМ.

1.1. Автогенераторы на одном резонаторе с одним зазором.

1.1.1. Монотрон.

1.1.2. Отражательный клистрон.

1.1.3. Генератор с тормозящим полем.

1.2. Двухрезонаторные генераторные клистроны.

1.3. Двухзазорные резонаторы.

1.3.1. Резонаторы с противофазным лвидом колебаний.

1.3.2. Резонаторы с синфазным 0видом колебаний.
1.3.3. Электронная проводимость и коэффициент взаимодействия двухзазорных резонаторов.
1.4. Гснераторы на двухзазорных резонаторах
1.4.1. Теоретические исследования.
1.4.2. Экспериментальные исследования.
1.5. Выводы
Глава 2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ
ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С
ПОЛЯМИ ДВУХЗАЗОРЫЫХ РЕЗОНАТОРОВ.
2.1. Общие положения.
2.2. Численноаналитическая модель.
2.2.1. Способы определения электронного КПД.
2.2.2. Аналитическое решение уравнений движения.
2.2.3. Расчет конвекционного тока.
2.2.4. Структурная схема программы экспрессанализа ЕХРЯА
2.3. Описание программы 1СЫЗ2.
2.4. Описание программы ИРЛ.
2.5. Методика оптимизации параметров двухзазорных автогенераторов.
2.5.1. Выбор функции цели и метода поиска экстремума
2.5.2. Ограничения на регулируемые параметры
2.5.3. Последовательность расчетов в методе циклического покоординатного спуска.
2.6. Тестирование программы экспрессанализа
2.7. Выводы.
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В
АВТОГЕНЕРАТОРАХ НА ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРАХ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ.
3.1. Общие вводные замечания.
3.2. Аналитическая оценка КПД..
3.3. Эквивалентные схемы и условия самовозбуждения автогенераторов.
3.3.1. Противофазный вид колебаний
3.3.2. Синфазный вид колебаний
3.4. Оптимизация параметров автогенератора с противофазным видом колебаний.
3.5. Оптимизация параметров автогенератора с синфазным видом колебаний.
3.6. Установление условий эквивалентности генераторов с сеточными
и бессеточными зазорами
3.7. Расчет КПД резонатора
3.8. Исследование влияния на КПД пространственного заряда
3.9. Оптимизация параметров с использованием профаммы двумерного анализа
3 Проверка достоверности модели и методики сопоставлением результатов расчета и эксперимента
3 Выводы.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МНОГОЛУЧЕВЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ НА ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРАХ.
4.1. Базовая конструкция многолучевого автогенератора. Постановка задачи исследований
4.2. Оптимизация параметров на нулевой зоне синфазного вида колебания
4.2.1. Однолучевое приближение.
4.2.2. Проектирование резонатора многолучевого автогенератора.
4.2.3. Исследование влияния на КПД изменения поля по радиусу зазоров
4.2.4. Исследование влияния на КПД нелинейного распределения потенциала по продольной координате зазоров. 3
4.3. Оптимизация параметров на первой зоне синфазного вида колебаний
4.4. Оптимизация параметров на первой зоне тгвида колебаний
4.5. Варианты и параметры конструкций лучевых автогенераторов
4.6. Сопоставление результатов расчета и эксперимента
4.7. Выводы
Заключение.
Список литературы


Разработана методика проектирования многолучевых автогенераторов, основанная на использовании пакета прикладных программ разного уровня для расчета электронных процессов и проектирования электродинамических систем. Разработана и реализована методика установления требуемого соотношения напряжений на зазорах на 0-виде колебаний путем введения индуктивного выступа резонатора за область второго зазора. Показано, что в четырёхлучевом телевизионном клистроде с двухзазорным выходным резонатором при ускоряющем напряжении 9. В на нулевой зоне 0-вида возможна автогенерация с КПД около %. В эксперименте был получен КПД % при ускоряющем напряжении 9. Выполнено проектирование трёх вариантов -лучевых двухрядных двухсекционных автогенераторов на двухзазорных резонаторах на выходную мощность 0 кВт с КПД % на длине волны 5. В и общим током . ФГУП «НПП «Исток» для изготовления экспериментальных образцов автогенераторов. ФГУП «НПП «Исток» при разработке двухсекционного -лучевого автогенератора на двухзазорном резонаторе с выходной мощностью 0 кВт на частоте 5. ОАО «НПП «Контакт» (г. РГРТУ в курсах “Вакуумная и плазменная электроника”, “Физические основы электроники”, “Приборы с комбинированным управлением током”, а также при выполнении дипломных проектов и курсовых работ. Достоверность теоретических результатов обеспечивается построением математических моделей на основе фундаментальных исходных уравнений и законов, корректностью упрощающих предположений, соответствием результатов расчета и решений тестовых задач, а также соответствием расчетных и экспериментальных параметров автогенераторов. Оп — + 1. С увеличением номера зоны КПД генератора на двухзазорпом резонаторе существенно увеличивается (с % на нулевой зоне до % на пятой для противофазного вида колебаний и с % до % для синфазного вида), в основном, за счет уменьшения потерь на скоростную модуляцию в первом зазоре из-за требуемого увеличения его длины и, соответственно, уменьшения активной составляющей электронной проводимости. В многолучевых автогенераторах сантиметрового диапазона на двухзазорных резонаторах нелинейность распределений высокочастотного электрического поля по продольной и поперечной координатам зазоров создает неодинаковые условия оптимального взаимодействия лучей разных рядов с полями зазоров, что приводит к заметному уменьшению электронного КПД по сравнению с одно лучевыми конструкциями (с % до % для нулевой зоны синфазного вида колебаний и с % до % для первой зоны противофазного вида колебаний). Апробация работы. Севастополь, Украина, - сентября г. VIII Всероссийской научной конференции “Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления”, Таганрог, г. LXIIJ Российской научно-технической конференции “ Радиотехника, электроника и связь имени A. C. Попова ”, Москва, - мая г. Научно-технической конференции “Электроника и вакуумная техника: ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА. ТЕХНОЛОГИЯ. МАТЕРИАЛЫ”, - октября г. РГРТА, г. PI РТА, г. РГРТУ, г. РГРТУ, г. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, приложений. Ее объем составляет 5 страницы машинописного текста, рисунка, таблиц, наименований цитируемых источников, из которых публикации автора диссертации. Глава 1. Основной целью диссертационной работы является исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями двухзазориых автогенераторов для нахождения оптимальных параметров, обеспечивающих максимальный КПД прибора и использование полученных результатов для проектирования конкретных многолучевых многорядных автогенераторов на двухзазориых резонаторах. Поэтому, целью данного обзора литературы является анализ возможностей известных простых по конструкции автогенераторов клистронного типа, существующих методов и результатов расчета параметров двухзазорных резонаторов различного назначения. В последнее время, как было сказано во введении, появилась потребность в простых по конструкции источниках СВЧ энергии средней и большой мощности с достаточно высоким ч КПД. Самую простую конструкцию имеет монотрои. Схема генератора на монотроне изображена на рис. Генератор имеет один полый резонатор, в состав которого непосредственно входит двухсеточный зазор.