Динамика импульсной компрессии СВЧ-мощности в многоволновых объемных резонаторах

• Автор: Артеменко, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 257 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертация посвящена проблеме создания источников мощного когерентного СВЧ-излучения, работающих на основе накопления и быстрого вывода энергии электромагнитного поля в многоволновых объемных резонаторах, а также исследованию протекающих в них физических процессов. Источники такого типа (СВЧ-компрессоры) применяются в системах СВЧ-питания линейных резонансных ускорителей электронов для повышения темпа ускорения частиц и расширения диапазона регулировки их энергии без увеличения потребляемой ускорителем мощности. Могут быть использованы для проведения исследований в области физики плазмы, в радиолокации, связи и т.п.
Представлена теория компрессии СВЧ-мощности в различных системах компрессии с многоволновыми объемными резонаторами. Определены оптимальные условия накопления энергии в таких резонаторах, обеспечивающие максимальные КПД и коэффициент усиления компрессоров. Рассмотрен процесс компрессии при прямом накоплении энергии от электронного пучка. Выявлены наиболее приемлемые для накопления энергии виды колебаний теплых и сверхпроводящих резонаторов различной геометрии. Установлены требования к степени идеальности геометрии резонаторов. Исследована сверхпроводящая система компрессии типа SLED. Решена задача о межрезонансном обмене энергией. Рассмотрены СВЧ-компрессоры с выводом энергии трансформацией вида колебаний и через интерференционные переключатели. Приведены результаты исследований последовательной компрессии в многоволновых резонаторах и параллельной компрессии с суммированием выходных сигналов. Определена степень влияния межвидового взаимодействия колебаний на рабочие характеристики компрессоров.
Диссертация содержит 257 страниц, 91 рисунок, 1 таблицу и список литературы из 141 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ И ВЫВОДА СВЧ-ЭНЕРГИИ
В МНОГОВОЛНОВЫХ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРАХ (ОБЩИЕ ВОПРОСЫ)
1.1. Динамика процессов накопления и вывода энергии СВЧ-импульсов в одноволновых резонаторах
бегущей и стоячей волн
1.2. Особенности процессов накопления и вывода энергии
СВЧ-импульсов в многоволновых объемных резонаторах
1.3. Эффективность накопления, коэффициент усиления и КПД при компрессии СВЧ-импульсов
в многоволновых резонаторах
1.4. Резонансная компрессия СВЧ-мощности при прямом накоплении энергии от электронного пучка
1.5. Теплые и сверхпроводящие многоволновые объемные резонаторы различной геометрии как накопители СВЧ-энергии
1.6. Требования к степени идеальности геометрии многоволновых резонансных накопителей СВЧ-энергии
ВЫВОДЫ
2. КОМПРЕССИЯ СВЧ-МОЩНОСТИ В СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ СИСТЕМЕ SLED
2.1. Анализ переходных процессов
2.2. Влияние межвидового взаимодействия на компрессию импульсов СВЧ в сверхпроводящей системе SLED
2.3. Экспериментальное исследование компрессии
импульсов СВЧ в сверхпроводящей системе SLED
ВЫВОДЫ
3. ВЫВОД СВЧ-ЭНЕРГИИ ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ВИДА КОЛЕБАНИЙ
3.1. Динамика межрезонансного обмена энергией в
многоволновых резонаторах
3.1.1. Динамика обмена энергией при трансформации колебаний на быстро включаемом элементе
межвидовой связи
3.1.2. Обмен энергией при кратковременном совпадении
частот взаимодействующих колебаний
3.2. Экспериментальное исследование компрессии СВЧ-мощности при выводе энергии трансформацией
вида колебаний на плазме разряда
3.3. Экспериментальное исследование компрессии СВЧ-мощности при выводе энергии трансформацией вида колебаний на окне связи резонатора с переключателем
ВЫВОДЫ
4. КОМПРЕССИЯ СВЧ-М0ШЛ0СТИ В МНОГОВОЛНОВЫХ ОБЪЕМНЫХ
РЕЗОНАТОРАХ С ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯМИ
4.1. Компрессия СВЧ-мощности в одноволновых резонаторах
с интерференционными переключателями
4.1.1. Динамика процессов накопления и вывода
4.1.2. Влияние процесса коммутации
4.1.3. Потери в газоразрядных коммутаторах интерференционных переключателей
4.2. Компрессия СВЧ-мощности в многоволновых объемных резонаторах с интерференционными переключателями
4.2.1. Анализ процессов накопления и вывода
4.2.2. Экспериментальное исследование
4.2.3. Влияние межвидовой связи
4.3. Компрессия СВЧ-мощности в объемном резонаторе
с прямым накоплением энергии от электронного пучка и выводом через интерференционный переключатель

теории связанных колебательных контуров. Так, если использовать известное соотношение 0.1=01 о/(1+¥122ЩюЩ20) ДЛЯ добротности 01 контура 1 с собственной добротностью 01о5 слабосвязанного с контуром 2 с собственной добротностью Ого5 и сравнить это соотношение С выражением (1.24), ТО МОЖНО получить СВЯЗЬ между б И У12-'
ыглигП, (1.27)
где Ц2-коэффициент связи контуров (коэффициент межвидовой связи).
Из (1.27) и соотношения ф±Ь/2±ЛТ5Т следует еще один хорошо известный из теории связанных контуров результат о влиянии сильной связи на собственные частоты колебательной системы:
Г1, 2*?(1±Ь/2л£Т)=Г(1±Т12) (1-28)
Равенство (1.27) устанавливает связь между результатами матричного анализа и элетродинамической теорией взаимодействия колебаний в резонаторе [46], согласно которой ¥12=_П НцНг-ЕгЕгЭсГУ/У, где Н1,Н2,Е1,Е2-векторы магнитной и электрической компонент полей взаимодействующих колебаний, У-объем резонатора и интеграл в приведенной формуле берется по объему 5У "деформированной" части резонатора, на которой происходит взаимодействие.
Интересно также проанализировать фазы волн взаимодействующих колебаний при работе системы на собственных частотах. Согласно (1.22), фаза волны рабочего вида колебаний х=*я/2+4-ф, а фаза паразитного вида П=-(ф+ф). Как видно из выражений для х и й, разность фаз между волнами взаимодействующих колебаний есть угол зе= х-й=Я/2 +4~Ф- Поэтому достаточно определить только значения 4 при Ф=±1п/2. Так, при ф=Ь/2 из выражения для 4 находим 4 = агоЬц(1/Ь)-» -»Я/2 и, следовательно, зея, т.е. волны в этом случае находятся в противофазе. Если ф=-б/2, то агсЬ(-1/Ь)->-тС/2, ае = -ф-*0 и волны взаимодействующих колебаний синфазны. Этот результат также хорошо известен из теории связанных колебательных контуров.