Введение к работе
Актуальность проблемы.Расширение функциональных возможностей современных систем связи, радиолокации и навигации,средств радиоэлектронной борьбы требует улучшения параметров используемых в них приборов СВЧ, в частности, увеличения полосы пропускания мощных ламп бегущей волны (ЛЕВ), которые используются в выходных каскадах СВЧ передатчиков. Одним из основных узлов весьма важного класса'ЛЕВ большой мощности является'замедляющая система (SC) типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР), обладающая достаточно большим замедлением, широкополосностыо, простотой и технологичностью конструкции, высокой механической прочностью и. тешюрассей-вавдей способностью.
Связь ЗС с внешними линиями передачи (ЛП) осуществляется с помощью устройств согласования (УС).которые обеспечивают передачу максимальной мощности сигнала из генератора в ЗС и из ЗС в нагрузку. Степень согласования-ЗС с.ЛП определяет не только полосу пропускания ЛБВ, но также равномерность амплитудно-частотной характеристики прибора, его склонность к самовозбувдению. Ввиду того, что частотные зависимости волновых сопротивлений ЗС и ЛП, -как правило, различны, задача их согласования во всей полосе пропускания SC достаточно сложна.
В современных ЛЕВ используются сложные конструкции ВС и согласующих переходов,разработка, изготовление и экспериментальное исследование которых требует больших затрат времени и материальных средств. При этом существенно затруднён выбор оптимального варианта конструкции;- В свйзй с этим, проектирование ЗС и УС целесообразно лровбдить.' с ломощью ЭШ> . что позволит" значительно сократить* объём; их- экспериментального, исследования.
Проблеме "согласования различных, типов SO-со стандартными ЛП
посвящено сравнительно небольшое количество; работ.поскольку стро
гий расчёт УС требует решения трехмерной внутренней задачи элект
родинамики, что сопря&ено с большими математическими и техниче
скими трудностями. *
Последние десятилетия характеризуются определенными достижениями в области разработки программ ро^чбта ЗС типа ЦСР, в которых используются математические модели разного уровня, отметим в
частности программу НЕВД.которая используется на ряде предприятий і электронной промышленной!. Однако к началу выполнения настоящей - работы не было опубликовано каких-либо универсальных программ ра-.;, счета устройств согласования 30 типа ЦСР с внешними ЛП. Совершенно недостаточным был и-объем опубликованных экспериментальных данных. Эта ситуация объясняется сложностью конструкции УС, строгий расчет которых требует решения трехмерной внутренней краевой, задачи электродинамики. *
В связи с изложенным была сформулирована цель работы - теоретическое и экспериментальное исследование различных типов конструкций устройств согласования SC типа ЦСР с ЛП и создание на основе этого методов, алгоритмов и программ расчёта указанных устройств.
Для достижения этой цели необходимо было решить комплекс следующих задач :
выбрать метода расчета электромагнитного юля в ВС с подводящими каналами, позволяющие в максимальной степени использовать методику анализа регулярной ЗС;
разработать алгоритм и программу расчёта и оптимизации УС ЗС типа ЦСР с коаксиальными ЛП; .
разработать алгоритм и программу расчёта и оптимизации различных типов УС ЗС с прямоугольными волноводами;
. - провести теоретическое и экспериментальное исследование различных типов УС ЗС с ЛП.
Методы исследования. Вывод основных положений диссертацион
ной работа, основан на фундаментальных уравнениях Максвелла, тео
рии волноводов, теории СВЧ-цепей, использовании методов линейной
алгебры (теория матриц). Оценка точности разработанных алгоритмов
и программ осуществлялась сравнением численных результатов с ана
литическими решениями и известными результатами экспериментальных
измерений. *
Научная новизна работы заключается в следувдем :
-
Показано,что в волноводах типах конструкции УС согласующий резонатор настолько сильно нагружен,что его следует рассматривать как отрезок волновода сложной форма.
-
Известный метод кумулянтов обобщён на запредельные ЛП и на его основе разработана методика расчёта нерегулярного волно-
вода.
-
Разработан полевой метод расчёта отрезка нерегулярного волновода в многомодовом приближении, позволяющий осуществить расчёт с погрешностью меньшей, чем погрешность метода кумулянтов.
-
Показано, «то для измерения параметров матрицы рассеяния одного УС можно'использовать схему с двумя идентичными УС, а затем по разработанному алгоритму' определить параметры матрицы рассеяния одного УС.
-
Исследована зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) от положения короткозамыкающего" поршня в УС ЗС с прямоугольным волноводом. Показано, что наилучшее согласование достигается при частичном перекрытии щели связи.
-
Предложенные метода расчёта УС резонансного и волновсд-ного типов позволили создать быстродействующую программу WOLNA.
Практическая ценность работы.
1. Разработанная программа позволяет проводить анализ устройств согласования ЗС с коаксиальными линиями передачи, УС ЦСР с прямоугольным регулярным волноводом, соединённым с ЗС через щель связи в диафрагме,' устройств согласования ЦСР с прямоугольным волноводом, соединенным с ЗС через боковую поверхность согласующего резонатора.
'2. Программа позволяет проводить оптимизацию УС резонансного и волноводного типов.
3. Программа анализа и оптимизации УС пригодна для использования в системе автоматизированного проектирования электродинамических систем приборов СЕЧ типа "0м.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Согласующий резонатор устройств согласования волноводного типа с относительной шириной полосы пропускания более 25 необходимо рассматривать как отрезок нерегулярного волновода, т.к. он настолько сильно нагружен линией передачи и замедляющей системой, что практически полностью теряет резонансные свойстш (нагруженная добротность, измеренная фазовым методом, менее 5).
-
Метод кумулянтов допускает обобщение, позволяющее рассчитывать входную проводимость и электромагнитное поле стоезков нерегулярных волноводов, содержащих запредельные участки.
-
Сходимость метода расчета отрезка нерегулярного ьолновог
да, использующего разбиение его на отрезки регулярных линий передачи, (ступеньки), достигается только за счёт учёта в кавдой ступеньке высших типов волн, возбуздавдихся в' местах стыка,
Аппробациа работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсувались на :
- IX Республиканском семинаре "Методы расчёта ЭОС", Ташкент,
1988;
Школе по "Электродинамике периодических и нерегулярных структур", Орджоникидзе, 1989;
Всесоюзной научно-технической конференции "Решение внутренних краевых задач электродинамики", Куйбышев, 1990;
Всесоюзном научном семинаре по электродинамике периодических структур при секции электроники НТО РЭС им.А.С.Попова, Москва, 1990;
- Научно-технических конференциях профессорско-преподава
тельского' состава ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина), Ленинград,
1989 - 1990 .
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.
Реализация и внедрение результатов. Разработанная программа передана в НИИ "Титан".
. Объём и структура работы, диссертация состоит из введения, пяти разделов с виводами и заключения. Основная часть работы изложена на 143 страницах машинописного текста. Работа содержит 73 рисунка и 12 таблиц. Список литературы включает 104 наименования.
