Разработка и исследование резонансных систем на основе двухзазорных резонаторов для мощных широкополосных многолучевых СВЧ приборов клистронного типа

• Автор: Мучкаев, Вадим Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СПОСОБАМ УЛУЧШЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КЛИСТРОНОВ И КЛИСТРОДОВ И МЕТОДАМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Однолучевые клистроны и клистроды

1.1.1 .Многорезонаторные клистроны.

1.1.2 Фильтровые системы.

1.1.3 Миогозазорные резонаторы.

1.1.4 Конструкции двухзазорных резонаторов для несинусоидальной скоростной модуляции

1.2. Многолучевые клистроны и клистроды.

1.2.1. Многолучевая конструкция

1.2.2. Секторная конструкция.

1.3. Современные численные методы и программы расчета характеристик резонансных систем
1.4. Выводы.
Глава 2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА И
ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СЕКТОРНЫХ ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРОВ
2.1. Общие положения
2.2. Аналитическая методика расчета.
2.2.1. Расчет эквивалентной сосредоточенной емкости и резонансной частоты..
2.2.2. Расчет характеристического сопротивления
2.2.3. Расчет электронных параметров.
2.3. Методика оптимизации параметров секторных двухзазорных резонаторов.
2.3.1. Выбор критерия оптмизации
2.3.2. Оптимизация секторного двухзазорного резонатора
2.3.3. Структурная схема программы оперативного расчета
и оптимизации
2.4. Анализ чувствительности характеристик секторных
двухзазорных резонаторов
2.5. Выводы.
Глава 3. ЧИСЛЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СЛОЖНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМ.
3.1. Общие положения
3.2. Расчет электромагнитного поля резонатора.
3.2.1. Метод расчета электромагнитных полей
в резонансных системах
3.2.2. Возбуждение элекгромагнитного поля в резонаторе
3.2.3. Методика расчета электронных параметров резонатора.
3.3. Описание программы ЬЖЕОИ.
3.4. Тестирование программы НОИ.
3.4.1. Расчет цилиндрического резонатора
3.4.2. Расчет цилиндрического двухзазорного резонатора
3.4.3. Резонансная система однолучевого клистрона.
3.5. Выводы.
Глава 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРОВ
4.1. Общие положения
4.2. Исследование возможности возбуждения двухзазорных
резонаторов на кратных резонансных частотах
4.3.1. Однолучевые двухзазорные резонаторы.
4.3.2. Многолучевой секторный двухзазорный резонатор
4.4. Исследование влияния формы и размера щели связи на
полосовые свойства связанных секторных резонаторов.
4.5. Резонансная система шестипучкового клистрона.
4.5.1. Исходные параметры
4.5.2. Приближенный расчет и оптимизация параметров
секторного резонатора.
4.5.3. Численный расчет.
4.6. Выводы.
Заключение
Список литературы


Наибольшая чувствительность характеристического сопротивления от геометрических параметров наблюдается в низкочастотном краю рассматриваемого диапазона частот, а наименьшая - в высокочастотном, наиболее сильная чувствительность коэффициента взаимодействия и электронной добротности наблюдается при углах пролета 4. Определены оптимальные размеры и форма щели связи фильтровой системы, состоящей из двух активных секторных двухзазорных резонаторов. Исследованы полосовые свойства многосвязанной резонансной системы, состоящей из шести секторных двухзазорных резонаторов. Найдены условия, при которых в данной резонансной системе реализуется максимальная ширина полосы пропускания. 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 соответствием расчетных и экспериментальных данных, полученных с помощью современной измерительной аппаратуры. На основе предложенного критерия можно оперативно дать адекватную оценку различных конструкций резонаторов по комплексу электродинамических, электронных и массогабаритных параметров, что особенно важно для проектирования приборов клистронного типа для самолетной и космической радиоаппаратуры. Применение разработанной методики аналитического расчета параметров секторных двухзазорных резонаторов, и созданной на ее основе программы оптимизации, целесообразно на начальном этапе проектирования прибора для поиска приближенных значений оптимальных параметров, что позволяет уменьшить трудоемкость и время расчета по прраммам трехмерного моделирования, а также трудоемкость экспериментальных исследований. Проведенный анализ чувствительности характеристик секторных двухзазорных резонаторов к изменению его геометрических и элекгронных параметров, позволяет уже на начальном этапе проектирования прибора с секторными двухзазорными резонаторами выбрать наиболее стабильные режимы его работы, определить допуски на отклонения размеров резонаторов, предъявить определенные требования к режиму эксплуатации. Разработанная программа трехмерного моделирования «Ю&СЖ» (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №) позволяет адекватно рассчитывать характеристики резонаторов сложной трехмерной формы и может быть использована при проектировании многосвязанных активных и пассивных резонансных систем однолучевых и многолучевых широкополосных приборов клистронного типа. Найденные условия достижения кратности основного противофазного и высшего синфазного видов колебаний для секторных двухзазорных резонаторов с закорачивающим ребром могут быть использованы в приборах клистронного типа для реализации режима несинусоидальной скоростной модуляции, режимов умножения частоты, а также режима двухчастотного усиления сигнала. Дана оценка ширины полосовой харакгеристики выходной резонансной системы, состоящей из шести активных секторных двухзазорных резонаторов и одного пассивного суммирующего резонатора. Реализация результатов работы. Научные положения и результаты, выносимые на защиту. Я - длина волны, р характеристическое сопротивление), электронные (М - коэффициент эффективности взаимодействия) и тоометрические (Я- высота 5 - площадь поперечною сечения резонатора) параметры, для конструкции секторного двухзазориого резонатора приблизительно в 1,5 раза больше значения критерия оптимальности двухзазорного резонатора цилиндрической формы и, примерно в раз, больше значения этого критерия для эталонного однозазорного цилиндрического резонатора радиального типа (Я=), возбуждаемого на виде ? Разработанная программа трехмерного моделирования резонаторов, основанная на численном решении уравнений Максвелла методом конечных разностей во временной области (РОТО) с использованием математических моделей, описывающих эффективность взаимодействия с пучком, адекватно моделирует установившиеся процессы в резонаторах сложной формы с бессеточными зазорами; и позволяет исследовать зависимости электронных и элекгродинамических параметров от их геометрических размеров и параметров режима, а также определять оптимальное значение критерия П.