Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современных средств радиолокации и связи характеризуется устойчивой тенденцией освоения все более коротких длин волн. В связи с этим возрастает потребность в модных эффективных генераторах и усилителях миллиметрового диапазона. Более половины мирового производства усилителей этого диапазона составляют лампы бегущей волны (ЛБВ), принцип действия которых основан на длительном взаимодействии электронного потока с электромагнитной волной, распространявшейся па замедляющей системе (30).
От правильного выбора ЗС существенно зависят характеристики в параметры прибора в целом - его мощность, сирина полоса пропускания, коэффициент полезного действия, масса и габариты.
В ЛЕЗ большой и средней модности (от I до 500 кВт) дециметрового, сантиметрового, а также частично миллиметрового диапазонов длин волн в качестве X используются преимущественно цепочки связанных резонаторов (ЦСР). Такие системы отличается большим диапазоном замедлений, удовлетворительной яироко-полоскостьа, сравнительно большой допустимой мощностью теплового рассеяния, жесткостью и прочностью конструкции.
При создании ЛБВ требуется обеспечить достаточно жестко заданные характеристики ее ЗС. При этом нужно реализовать е одной стороны требуемую форму дисперсионной характеристики, с другой - определенный частотный закон изменения и величину сопротивления связи. Для ЛБВ миллиметрового диапазона к этим двум требованиям добавляется ряд других, в частности, возмоа-ность использования реально сущзствуюних технологий изготовления, обеспечение приемлемого теплового режима прибора.
Существует довольно обширный класс резонаторных ЗС, пред* назначенных для использования в диапазоне крайне высоких частот (КВЧ). К ним относятся ЦСР, в которых применяются диаф* рагыы специальной конструкции, спиральные волноводы с канавкой круглой или прямоугольной формы, X типа " KiLUtrati", представляющие собой лестничные сметены, изготовленные в вяла единого блока, и ряд других.
Анализ опубликованных в печати материалов позволяет утверз-
- 2 -дать, что не существует системы, предназначенной для ДБВ миллиметрового диапазона, способной обеспечить оптимальное сочетание указанных выше требований. В то же время современное состояние теории периодических структур, изучение тенденций развития и построения ЛБВ для этого диапазона делают реальным создание новых резонаторних X.
Строгий расчет сложных конструкций ЗС миллиметрового диапазона требует решения трехмерной внутренней задачи электродинамики, что сопряжено с большими математическими и техническими трудностями. Поэтому целесообразно построение чаотиых математических моделей, предназначенных для решения определенного класса задач электродинамики, обладающих меньшей сложностью в сочетании с высокой эффективностью.
Цель диссертационной работы. Соэданиа новых резонаториых аС для мощных Ж>В миллиметрового диапазона, разработка методики их расчета, теоретическое и экспериментальное исследование этих систем.
Основные задачи работы;
- поиск новых возможностей построения резонаторних ЗС,
обладающих улучшенными электродинамическими параметрами, боль
шими размерами по сравнению с длиной волны в сочетании с прос
той и технологичной конструкцией;
« построение математической модели ЗС, способной рассчитывать характеристики и параметры широкого класса в основной и высших полосах пропускания;
- теоретическое и экспериментальное исследование предло
женных ЗС.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Показана возможность реализации отрицательной индуктивной связи (ОИС) путем использования в резонаторах замедляющей системы видов колебаний со знакопеременными полями. .
-
Показано, что необходимыми для реализации ОИС свойствами обладают двухзазорные резонаторы, работающие на противофазном виде колебаний. На базе этих резонаторов возможно создание семейства ЗС на широкий диапазон замедлений и длин волн.
-
Разработана методика расчета собственных волновых чи-
- З -сел и собственных функций двухзаэорных резонаторов для раз личных видов колебаний в них.
-
Метод щелевых антенн обобщен на расчет X с резонаторами произвольной формы и. произвольными видами колебаний з них.
-
Построена многомодовая математическая модель X типа цепочки связанных двухзаэорных резонаторов (ЦСДР), позволяющая проводить анализ этих систем в основной и высших полосах про-, пускания.
-
Показано, что продольные и поперечные размеры X могут быть значительно увеличены за счет использования высших полое пропускания и пространственных гармоник, благодаря разреженности спектра собственных частот двухзаэорных резонаторов и слабой зависимости функции формы 3G от угла фазового сдвига.
Практическая значимость работы.
-
Предложены две конструкции замедляющих систем, представляющих собой цепочку связанных двухзаэорных резонаторов и показана возмоаность их применения в мошых ЛШ миллиметрового диапазона длин волн.
-
Программа, реализующая предложенную математическую модель 3G, позволяет проводить анализ систем типа цепочки связанных двухзаэорных полосковых и кольцевых резонаторов в основной и высших полосах пропускания для любой пространственной гармоники с погрешностью не более 4% по длине волны и 10% по сопротивлению связи нулевой пространственной гармоники.
-
Предложен способ подавления основного вида колебаний при использовании 3G на высших полосах пропускания и пространственных гармониках.
-
Оценены параметры ЛЕВ, использующей X типа ЦСДР, подготовлена конструкторская документация этой X для создания на ее основе мощной ЛЕВ 0-типа.
Научние положения, выносимые на защиту.
-
Отрицательная индуктивная связь в X типа ЦСР может быть реализована при использовании в резонаторах видов колебаний со знакопеременными полями.
-
На базе двухзаэорных резонаторов работающих на противофазном виде колебаний, возможно создание семейства X с от-
- 4 -рицательной индуктивной связью на широкий диапазон замедлений и длин волн.
-
Использование интегрального представления электромагнитного поля в щели связи с ядром в виде функции Грина позволяет существзнно уменьшить порядок системы уравнений, определяющей коэффициенты возбуждения различных видов колебаний в резонаторах ЗС и учесть особенности поля в щзли связи.
-
Разреженный спектр и эффективные, способы подавления нежелательных видов колебаний двухзазорных резонаторов, сравнительно слабая зависимость функции формы 3G от угла сдвига фаз позволяет использовать высшие полосы пропускания и пространственные гармоники отих ЗС в качестве рабочих, что существенно увеличивает их размеры.
Аппробация работы:
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-препо*-' давательского состава ШГЭТУ І987-Х993 гг.; Школе-семинаре "Зпектродинамика периодических и нерегулярных структур"(ОрДт жоникидзе, 1989); Всесоюзной научно-технической конференции "Взпйние внутренних краевых задач электродинамики1* (Самара, 1990); IX школе-семинаре "Электроника СВЧ и радиофизика (Саратов, 1993); П Всероссийской школе-семинаре "Физика и при* мененив макроволн" (Москва, 1993).
Публикации по работе; По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения, списка литературы, включающего 86 наименований. Основная часть работы изложена на 124 страницах машинописного текста. Работа содержит 70 рисунков, 2 приложения.
