Разработка методов и программного обеспечения расчета магнитных периодических фокусирующих систем лампы бегущей волны на основе Фурье- и вейвлетного анализа

• Автор: Кожанова, Евгения Романовна
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 193 с. : ил.

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Выбор и описание объекта исследования

1.1.1 Принцип работы и устройство ЛБВ

1Л.2 Механизм формирования электронного потока с помощью магнитного поля

1.2 Классификафия МФС с постоянными магнитами

1.2.1 Магнитная периодическая фокусирующая система МПФС и механизм формирования ее продольного распределения магнитного поля

1.3 Приближенные методы расчета продольного распределения магнитного поля МПФС

1.4 Инструменты исследования продольного распределения магнитного поля МПФС

1.4.1 Применение преобразования Фурье к исследованию продольного распределения магнитного поля
1.4.2 Применение вейвлетного анализа к исследованию продольного распределения магнитного поля
1.4.3 Методика выбора вейвлетфункции для реализации непрерывного вейвлетпреобразовании НВП, основанная на вычислении коэффициента корреляции
1.4.4 Возможность использования некоторых вейвлетфункций для аппроксимации продольною распределения магнитного поля
1.5 Постановка задачи
1.6 Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. Применение Фурье и вейвлетанализа к исследованию продольного распределения магнитного поля магнитных периодических фокусирующих систем
2.1 Программноалгоритмический комплекс программ IVV для проведения численных экспериментов
2.1.1 Состав и структура комплекса программ
2.1.2 Перспективы расширения возможностей комплекса
программ
2.2 Результаты численных экспериментов с помощью Фурье и вейвлетного анализа
2.2.1 Фурьеанализ продольного распределения магнит ного поля МПФС и составляющих его магнитов
2.2.2 Вейвлетный анализ продольного распределения
магнитного ноля МПФС и составляющих его магнитов
2.3 Основные результаты и выводы по главе 2
ГЛАВА 3. Расчет продольного распределения магнитного поля
МПФС и МРФС
3.1 Расчет продольного распределения магнитного поля МПФС
3.1.1 Нахождение математической модели отдельного кольцевого аксиально намагниченного магнита
3.1.2 Построение математической модели МПФС
3.2 Расчета продольного распределения магнитного поля 1 МРФС
3.3 Перспективы применения вейвлетфункции Гаусса второ
го порядка для аппроксимации различных видов МФС
3.4 Основные результаты и выводы по главе 3
ГЛАВА 4. Разработка процедуры диагностирования МПФС с
экспертной системой для отбраковки и настройки магнитных систем
4.1 Описание существующего процесса диагностирования 7 МПФС
4.2 Процедура диагностирования МПФС
4.3 Основные результаты и выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Перечень вейвлетфункций, применяемых для
непрерывного вейвлетпреобразования НВП в математическом пакете МАТЬАВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Числовые характеристики вейатетфункций
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Перечень сигналов программы v и
результаты моделирования
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Диаграммы переходов фокуса управления в
модулях программного комплекса IVV
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Построение аппроксимирующего ряда Фурье с
различным числом гармоник для продольного распределения магнитного поля отдельного магнита
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Построение аппроксимирующего ряда Фурье с
различным числом гармоник для продольного распределения магнитного поля МПФС
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Корреляционные характеристики продольного рас
пределения магнитного поля отдельного кольцевого магнита
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Корреляционные характеристики продольного
распределения магнитного поля МПФС
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Свидетельства на государственную регистрацию
программ для ЭВМ и акт внедрения
ПРИЛОЖЕНИЕ . Полный список научных трудов по теме
диссертации
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
БПФ быстрое преобразование Фурье
ВП вейвлет преобразование
ВЧ высокочастотный
ДПФ дискретное преобразование Фурье
ЛБВ лампа бегущей волны
ЛОВ лампа обратной волны
МГТФС магнитная периодическая фокусирующая система МРФС магнитная реверсивная фокусирующая система МФС магнитная фокусирующая система НВП непрерывное вейвлетпреобразование
НИОКР научноисследовательская и опытноконструкторская работа
ОПФ оконное преобразование Фурье
ПФ преобразование Фурье
СВЧ сверхвысокочастотный
ФС фокусирующая система
ЭВП электровакуумный прибор
ЭОС электроннооптическая система
ВВЕДЕНИЕ


Важнейшим элементом консфукции ЛБВ является фокусирующая система ФС, которая для данного типа приборов представляет собой фокусирующую систему на постоянных магнитах, основной задачей которых является качественная фокусировка электронного потока. Фокусировка электронного потока в ЛБВ Отипа с помощью постоянного и периодического магнитного поля подробно описаны в работах . Для создания постоянного магнитного поля обычно используется соленоид, поэтому способ фокусировки иногда называют электромагнитным . Обмотка соленоида изготовляется из медного намоточного провода круглого или прямоугольного сечения. Для отвода тепла, выделяемого в соленоиде, и подбора распределения магнитного поля вдоль оси арматуры его обмотка делается не сплошной, а в виде отдельных секций, которые надеваются на цилиндрическую трубу из немагнитного материала. Цилиндрическая труба служит одновременно внешним проводником спиральной коаксиальной линии, образующейся при вставлении ЛБВ в арматуру. Существенным недостатком соленоидов, изготовленных из медной проволоки, является их значительный вес, доходящий в отдельных случаях до нескольких десятков килограмм . В аппаратуре, применяемой на подвижных объектах, для уменьшения веса в качестве намоточного материала соленоида применяется оксидированная алюминиевая фольга. Это позволяет снизить общий вес арматуры. Однако необходимо отметить, что арматуры, в которых в качестве фокусирующей системы применяется соленоид, являются громоздкими и, именно, по этой причине ЛБВ, которые предназначены для работы в арматуре с электромагнитной фокусировкой, как правило, имеют непакетированную конструкцию . ЛБВ, вызываемый мощностью, рассеиваемой на соленоиде. Перечисленные недостатки фокусировки с помощью соленоида ограничивают его применение. В усилительных лампах бегущей волны малой и средней мощности широкое применение находит периодическая магнитная фокусировка , при которой можно достигнуть уменьшения массогабаритных характеристик в IV3 раз, где число периодов. Вместо соленоида можно использовать постоянный магнит с однородным магнитным полем, однако массогабаритные характеристики остаются значительными, а управление полем ухудшается. В отличие от систем, в которых для фокусировки применяется постоянное магнитное поле, в случае периодической магнитной фокусировки напряженность магнитного поля вдоль оси фокусирующей системы не остается постоянной, а является знакопеременным с определенным периодом и приближенно считается изменяющимся по синусоидальному закону. Такое поле создается системой, состоящей из магнитных колец, разделенных металлическими шайбами полюсными наконечниками, имеющими высокую магнитную проницаемость. В такой системе магнитные поля, образуемые соседними магнитными кольцами, направлены навстречу друг другу рис. Рис. Принцип фокусировки электронного потока периодическим магнитным полем может быть объяснен следующим образом. При движении электронов показаны условно кружками на рис. V, направленная перпендикулярно плоскости чертежа. Под действием этой силы электроны приобретают вращающий момент вокруг оси фокусирующей системы 2. При движении электрона, вращающегося вокруг оси г, в зазоре между шайбами, где максимальна продольная составляющая Вг, возникает сила Рп которая будет отклонять электрон к оси г. При правильно выбранных параметрах фокусирующей системы геометрические размеры, напряженность магнитного поля колец для электронного потока, движущегося с определенной скоростью, фокусирующее действие продольной составляющей будет компенсировать расталкивающее действие кулоновских сил, в результате чего электронный поток будет сфокусированным . V
б
Рис. Сравнительный анализ двух видов фокусировки показывает, что ЛЬВ с периодической магнитной фокусировкой является наиболее эффективной и надежной. Для дальнейшего изложения материала необходимо напомнить основные понятия электронной оптики, которая занимается вопросами формирования электронных потоков и управления ими с помощью электрических и магнитных полей, связанные с электроннооптической системой ЭОС электровакууумного прибора ЭВП, так как с ней связаны особенности изменения продольного распределения магнитного поля в разных областях прибора.