Оптимизация параметров одно- и многолучевых автогенераторов на двухзазорных резонаторах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат технических наук Горлин, Олег Анатольевич

• Горлин, Олег Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горлин, Олег Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГЕНЕРАТОРАМ СВЧ ПРОСТОЙ КОНСТРУКЦИИ И ДВУХЗАЗОРНЫМ

РЕЗОНАТОРАМ.

1.1. Автогенераторы на одном резонаторе с одним зазором.

1.1.1. Монотрон.

1.1.2. Отражательный клистрон.

1.1.3. Генератор с тормозящим полем.

1.2. Двухрезонаторные генераторные клистроны.

1.3. Двухзазорные резонаторы.

1.3.1. Резонаторы с противофазным тг-видом колебаний.

1.3.2. Резонаторы с синфазным 0-видом колебаний.

1.3.3. Электронная проводимость и коэффициент взаимодействия двухзазорных резонаторов.

1.4. Генераторы на двухзазорных резонаторах.

1.4.1. Теоретические исследования.

1.4.2. Экспериментальные исследования.

1.5. Выводы.

Глава 2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ

ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С

ПОЛЯМИ ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРОВ.

2.1. Общие положения.

2.2. Численно-аналитическая модель.

2.2.1. Способы определения электронного КПД.

2.2.2. Аналитическое решение уравнений движения.

2.2.3. Расчет конвекционного тока.

2.2.4. Структурная схема программы экспресс-анализа ЕХРЛА.

2.3. Описание программы КЫ8-2.

2.4. Описание программы UPR.

2.5. Методика оптимизации параметров двухзазорных автогенераторов.

2.5.1. Выбор функции цели и метода поиска экстремума.

2.5.2. Ограничения на регулируемые параметры.

2.5.3. Последовательность расчетов в методе циклического покоординатного спуска.

2.6. Тестирование программы экспресс-анализа.

2.7. Выводы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В

АВТОГЕНЕРАТОРАХ НА ДВУХЗАЗОРНЫХ

РЕЗОНАТОРАХ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ.

3.1. Общие вводные замечания.

3.2. Аналитическая оценка КПД.

3.3. Эквивалентные схемы и условия самовозбуждения автогенераторов.i.

3.3.1. Противофазный вид колебаний.

3.3.2. Синфазный вид колебаний.

3.4. Оптимизация параметров автогенератора с противофазным видом колебаний.

3.5. Оптимизация параметров автогенератора с синфазным видом колебаний.

3.6. Установление условий эквивалентности генераторов с сеточными и бессеточными зазорами.

3.7. Расчет КПД резонатора.

3.8. Исследование влияния на КПД пространственного заряда.

3.9. Оптимизация параметров с использованием программы двумерного анализа.

ЗЛО. Проверка достоверности модели и методики сопоставлением результатов расчета и эксперимента.

3.11. Выводы.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

МНОГОЛУЧЕВЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ НА

ДВУХЗАЗОРНЫХ РЕЗОНАТОРАХ.

4.1. Базовая конструкция многолучевого автогенератора. Постановка задачи исследований.

4.2. Оптимизация параметров на нулевой зоне синфазного вида колебания.

4.2.1. Однолучевое приближение.

4.2.2. Проектирование резонатора многолучевого автогенератора.

4.2.3. Исследование влияния на КПД изменения поля по радиусу зазоров.

4.2.4. Исследование влияния на КПД нелинейного распределения потенциала по продольной координате зазоров.123;

4.3. Оптимизация параметров на первой зоне синфазного вида колебаний.

4.4. Оптимизация параметров на первой зоне Ti-вида колебаний.

4.5. Варианты и параметры конструкций 30-лучевых автогенераторов.

4.6. Сопоставление результатов расчета и эксперимента.

4.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация параметров одно- и многолучевых автогенераторов на двухзазорных резонаторах»

Общее кризисное состояние всей экономики страны еще в большей степени относится к технике СВЧ, так как она в основном питалась военными заказами. Поэтому в настоящее время основной задачей этой области техники является развитие применений ее в мирных целях. Эти применения могут быть связаны с переработкой информации (телевидение, связь, новые направления в медицине и биологии) и с преобразованием энергии (нагрев плазмы, диэлектриков, преобразование солнечной энергии, ускорители заряженных частиц). Наиболее важными в настоящий момент являются применения, направленные на развитие «.новых технологий и новых производств. Это прежде всего касается использования СВЧ энергии для нагрева диэлектриков в различных целях. Примером может служить широкое распространение бытовых микроволновых печей.

К традиционным приборам СВЧ: многорезонаторным клистронам, магнетронам, ЛБВ и другим приборам, используемым для целей связи, телевещания, радиолокации, в научных исследованиях, - предъявляются высокие требования по коэффициенту усиления, КПД, стабильности, широкополосности, возможности перестройки частоты и т.д. Эти требования определяют сложность конструкций и высокую стоимость приборов. Применительно к приборам для микроволновых технологий эти требования, во многом, являются избыточными. Для таких приборов основными требованиями являются простота конструкции и, соответственно, изготовления, низкая стоимость при достаточно высоком коэффициенте полезного действия (КПД).

Одним из самых распространенных типов приборов СВЧ являются клистроны: идея преобразования постоянного потока электронов в поток переменной плотности за счёт того, что ускоренные электроны догоняют замедленные, рассматривалась советским физиком Д.А. Рожанским в 1932 г. [1]. Метод получения мощных колебаний СВЧ, основанный на этой идее, был предложен совместно советским физиком А.Ы. Арсеньевой и немецким физиком О. Хайлем в 1935 г. [2, 3]. Первые конструкции пролётных клистронов были предложены и осуществлены в 1939 г. американскими физиками В. Ханоми, И.Г. Меткалфом [4] и независимо от них Р. Варианом и 3. Варианом [5].

В связи с возрастающим использованием микроволнового излучения для промышленных и технологических целей начался поиск простых по конструкции источников СВЧ энергии средней и большой мощности с достаточно высоким КПД. В первую очередь внимание специалистов привлек известный с 30-х годов 20-го века монотрон. В первых экспериментальных образцах монотронов был получен КПД менее 1 % [6] и на долгие годы интерес к монотронам был потерян. В последнее время появились публикации по теоретическим расчетам автогенераторов на монотроне: была предсказана возможность получения КПД 18 % на мощности 100 киловатт [7], возможность увеличения электронного КПД до« 33 % в коаксиальном монотроне - диотроне [8], теоретически показана возможность увеличения КПД до 50 % в двухсекционном монотроне с диафрагмой [9]. Особенностью монотронов является то, что амплитуда переменного напряжения на зазоре взаимодействия должна в несколько раз превышать ускоряющее напряжение.

Альтернативой монотронным конструкциям может быть генератор на одном резонаторе с двумя зазорами, разделенными пролетной трубой [10], с амплитудами напряжений на зазорах, примерно равными ускоряющему напряжению. Двухзазорный резонатор впервые [5] был предложен в виде резонансного отрезка коаксиальной линии, во внешней трубе и внутреннем проводнике которой сделаны соосные отверстия для прохождения электронного потока. Края отверстий образуют два высокочастотных зазора взаимодействия. В таком резонаторе переменные напряжения на зазорах имеют одинаковую амплитуду и противофазны (тс-вид колебаний). Другой разновидностью двухзазорного резонатора является резонатор с "плавающей" трубкой дрейфа [11, 12, 13]. В таком резонаторе через зазоры протекает общий ток и напряжения на зазорах синфазны (0-вид колебаний). Двухзазорные конструкции нашли довольно широкое применение в многорезонаторных клистронах для скоростной модуляции электронов во входном и промежуточных резонаторах и отбора энергии во входном резонаторе. Исследованию электронной проводимости и коэффициента взаимодействия для такого применения двухзазорных конструкций посвящено много работ, список которых и обобщенные результаты приведены в [14-16].

Возможность использования двухзазорных резонаторов в качестве автогенераторов теоретически и экспериментально была показана в 1940 -1950-х годах в ряде работ [10, 12]. При этом экспериментально были получены значения КПД не более 25 %, что явилось следствием отсутствия в то время возможностей численного математического моделирования нелинейных режимов и оптимизации параметров.

В связи с появившейся потребностью впростых по конструкции автогенераторах СВЧ настало время провести с использованием современных вычислительных средств оптимизационные расчеты двухзазорных автогенераторов, в том числе многолучевых, и определить их возможности как источников микроволнового излучения средней и большой мощности.

Основной целью диссертационной работы является исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями одно- и многолучевых автогенераторов СВЧ на двухзазорных резонаторах и нахождение параметров, обеспечивающих оптимальные режимы работы прибора, а также использование полученных результатов для проектирования конкретных автогенераторов на двухзазорных резонаторах.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- проведение аналитического обзора публикаций по генераторам СВЧ простой конструкции и двухзазорным резонаторам;

- определение условий самовозбуждения генераторов на двухзазорных резонаторах;

- модернизация программы экспресс-анализа применительно к особенностям автогенераторов на двухзазорных резонаторах;

- оптимизация по КПД параметров автогенераторов на двухзазорном резонаторе на тс- и 0-виде колебаний в шести зонах генерации с использованием численно-аналитической модели;

- исследование влияния различных факторов: пространственного заряда, неоднородностей полей бессеточных зазоров, а для многолучевых многорядных конструкций также нелинейного распределения электрических полей в зазорах - на оптимальные параметры и КПД автогенераторов;

- выработка рекомендаций по выбору параметров и режимов, обеспечивающих максимальный КПД автогенераторов на двухзазорных автогенераторах; ^

- разработка методики проектирования многолучевых многорядных автогенераторов на основе пакета прикладных программ разного уровня;

- сопоставление расчетных и экспериментальных параметров автогенераторов.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые:

1. Установлены основные закономерности преобразования энергии в автогенераторах на двухзазорных резонаторах, и для шести зон генерации оптимизированы внутренние параметры для получения максимального КПД.

2. Показано, что при переходе от линейного режима малых амплитуд к нелинейным режимам для получения предельных значений КПД необходимо изменять размеры элементов двухзазорных резонаторов таким образом, чтобы при выполнении фазовых условий самовозбуждения максимум первой гармоники конвекционного тока приходился на область второго зазора.

3. Показано, что с увеличением номера зоны п для получения экстремальных значений КПД необходимо увеличивать длину первого зазора Вп. Получены аппроксимационные соотношения для расчета Оп: для 7г-вида

А, = А +1 -05 - 0.4("1), для 0-вида £>„ = £>0 +1.5 - 0.6".

4. Идентифицирован механизм увеличения КПД с ростом номера зоны п: КПД в центре зон растет с увеличением п для я-вида колебаний с 14 % на нулевой зоне до 65 % на пятой, для 0-вида с 40 % на нулевой зоне до 66 % на пятой, в основном, за счёт уменьшения потерь на скоростную модуляцию в первом зазоре.

5. Обнаружено, что в многолучевой двухрядной конструкции генератора из-за различия амплитуд напряжений'■на зазорах разных рядов и нелинейного изменения переменного напряжения по продольной координате длинного первого зазора не совпадают условия реализации максимального электронного КПД для лучей разных рядов, что приводит к уменьшению общего КПД по сравнению с однолучевым генератором (для 30-лучевого генератора сантиметрового диапазона на нулевой зоне 0-вида с 40 % до 30 %, для первой зоны тс-вида с 51 % до 42 %).

6. Установлено, что в многорядной конструкции с длинным первым зазором концентрация электрического поля у торца зазора сдвигает центр эквивалентного зазора в сторону торца, что'1 приводит к увеличению оптимальной длины пролётной трубы, примерно, на 15 % по сравнению со случаем однородного поля.

7. Проведена экспериментальная апробация расчетных моделей путем сопоставления расчётных данных с результатами эксперимента выполненного в 1953 г. М. Чодоровым и С. Фаном на макете двухзазорного автогенератора с регулируемыми зазорами с максимальным КПД 24 %. Расхождение по КПД расчетных и экспериментальных значений и зависимостей составило не более 2.5 %.

Практическая значимость состоит в следующем:

1. Получены соотношения для расчета амплитудных условий самовозбуждения генераторов на двухзазорных резонаторах, пускового тока и минимального первеанса потока.

2. Для шести зон генерации 0- и тс-вида колебаний определены конкретные значения нормированных размеров и режимов, необходимых для получения максимальных значений КПД автогенераторов.

3. Рекомендовано для практического применения в качестве автогенераторов на тс-виде колебаний использовать двухзазорные резонаторы, работающие на первой зоне с КПД 50 % и на второй зоне с КПД 60 %, а на 0-виде использовать резонаторы, работающие на первой зоне с КПД 57 % и на нулевой зоне с КПД 40 %.

4. Установлен критерий эквивалентности по КПД автогенераторов с сеточными и бессеточными зазорами на основе равенства их коэффициентов-взаимодействия.

5. Разработана методика проектирования многолучевых автогенераторов, основанная на использовании пакета прикладных программ разного уровня для расчета электронных процессов и проектирования электродинамических систем.

6. Разработана и реализована методика установления требуемого соотношения напряжений на зазорах на 0-виде колебаний путем введения индуктивного выступа резонатора за область второго зазора.

7. Показано, что в четырёхлучевом телевизионном клистроде с двухзазорным выходным резонатором при ускоряющем напряжении 9.0 кВ на нулевой зоне 0-вида возможна автогенерация с КПД около 40 %. В эксперименте был получен КПД 44 % при ускоряющем напряжении 9.1 кВ.

8. Выполнено проектирование трёх вариантов 30-лучевых двухрядных двухсекционных автогенераторов на двухзазорных резонаторах на выходную мощность 240 кВт с КПД 30 % на длине волны 5.45 см с ускоряющим напряжением 24 1<В и общим током 33.6 А. Результаты проектирования переданы в ФГУП «НПП «Исток» для изготовления экспериментальных образцов автогенераторов.

Реализация результатов работы

Результаты работы и практические рекомендации по проектированию одно- и многолучевых автогенераторов на двухзазорных резонаторах:

- используются в ФГУП «НПП «Исток» при разработке t» двухсекционного 30-лучевого автогенератора на двухзазорном резонаторе с выходной мощностью 240 кВт на частоте 5.5 ГГц;

- использованы в ОАО «НПП «Контакт» (г.Саратов) при сопоставлении расчетных и экспериментальных параметров автогенератора на базе клистрода с двухзазорным выходным резонатором;

- используются в учебном процессе РГРТУ в курсах "Вакуумная и плазменная электроника", "Физические основы электроники", "Приборы с комбинированным управлением током", а также при выполнении дипломных проектов и курсовых работ.

Достоверность теоретических результатов обеспечивается построением математических моделей на основе фундаментальных исходных уравнений и законов, корректностью упрощающих предположений, соответствием результатов расчета и решений тестовых задач, а также соответствием расчетных и экспериментальных параметров автогенераторов.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Для автогенератора на двухзазорном резонаторе на тг-виде колебаний с одинаковыми амплитудами напряжений на зазорах оптимальный по КПД режим, когда максимум первой гармоники тока приходится на область второго зазора, достигается при определенной длине первого зазора Dn, которая с увеличением номера зоны п с погрешностью не более 5 % определяется по аппроксимационному соотношению +1.05-0.4^ ^ = 2,3,.5).

2. Для автогенератора на двухзазорном резонаторе на 0-виде колебаний с разными амплитудами напряжений на зазорах оптимальный по КПД режим достигается при определённых значения амплитуды напряжения на первом зазоре и его длины, которые с погрешностью не более 5 % определяются по аппроксимационпым соотношениям: Вп =£)0 +1.5 -0.6",

-0.1 (и = 1,2,.5). ч,

3. С увеличением номера зоны КПД генератора на двухзазорном резонаторе существенно увеличивается (с 14 % на нулевой зоне до 65 % на пятой для противофазного вида колебаний и с 40 % до 66 % для синфазного вида), в основном, за счет уменьшения потерь на скоростную модуляцию в первом зазоре из-за требуемого увеличения его длины и, соответственно, уменьшения активной составляющей электронной проводимости.

4. В многолучевых автогенераторах сантиметрового диапазона на двухзазорных резонаторах нелинейность распределений высокочастотного электрического поля по продольной и поперечной координатам зазоров создает неодинаковые условия оптимального взаимодействия лучей разных рядов с полями зазоров, что приводит к заметному уменьшению электронного КПД по сравнению с однолучевыми конструкциями (с 40 % до 34 % для нулевой зоны синфазного вида колебаний и с 51 % до 42 % для первой зоны противофазного вида колебаний).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 11 научно-технических конференциях:

- 15-й Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, Украина, 12-16 сентября 2005 г.;

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", Саратов, 19-21 сентября 2006 г.;

- VIII Всероссийской научной конференции "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления", Таганрог, 2006 г.;

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2007", Саратов, 15-19 сентября 2007 г.;

- LXIII Российской научно-технической конференции " Радиотехника, электроника и связь имени A.C. Попова ", Москва, 14-15 мая 2008 г.;

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2008", Саратов, 24-25 сентября 2008 г.; *

- Научно-технической конференции "Электроника и вакуумная техника: ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА. ТЕХНОЛОГИЯ. МАТЕРИАЛЫ", 2829 октября 2009 г.;

- 52-й студенческая научно-технической конференции, РГРТА, 2005 г.;

- 53-й студенческая научно-технической конференции, РГРТА, 2006 г.;

- 40-й научно-технической конференции, РГРТУ, 2008 г.

- 41-й научно-технической конференции, РГРТУ, 2010 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, приложений. Ее объем составляет 165 страницы машинописного текста, 72 рисунка, 12 таблиц, 87 наименований цитируемых источников, из которых 11 публикации автора диссертации.

Заключение диссертации по теме «Вакуумная и плазменная электроника», Горлин, Олег Анатольевич

4.7. Выводы

1. В данной главе было проведено исследование процессов в многолучевом двухрядном автогенераторе на двухзазорном резонаторе с бессеточными зазорами на 0- и тс-виде колебаний с учетом изменения высокочастотного поля по продольной и поперечной координатам зазоров. В результате исследований было показано: изменение амплитуды высокочастотного напряжения по радиусу торца многолучевого зазора уменьшает электронный КПД для 0-вида нулевой зоны генерации на 4 %, с 40 % до 36 %, для первой зоны тс-вида с 51.3 % до 46.5 %; нелинейное распределения напряженности электрического поля вдоль продольной координаты зазоров уменьшает электронный КПД для 0-зоны ещё на 2 %, с 36 % до 34 %, а тс-вида с 46.5 % до 42 %; показано, что учет пространственного заряда слабо влияет на электронный КПД многолучевого многорядного автогенератора: для нулевой зоны 0-вида генерации усреднённый электронный КПД уменьшился с 30.6 % до 30.3 %, а 7Г-вида с 51.3 % до 49.7 %.

2. Определены оптимизированные параметры автогенераторов на 0- и 7Е-видах колебаний для получения максимально возможных в данном случае КПД.

3. Разработана методика проектирования многолучевых многорядных автогенераторов, основанная на использовании пакета прикладных программ разного уровня для расчета электронных процессов и метода последовательных приближений для проектирования электродинамических систем.

4. Разработана методика получения требуемого соотношения напряжений на зазорах автогенератора на 0-виде с использованием индуктивного выступа за вторым зазором.

5. Выполнено проектирование трех вариантов 30-лучевых двухсекционных автогенераторов на двухзазорных резонаторах на выходную мощность 240 кВт с КПД около 30 % на длине волны 5.45 см с ускоряющим напряжением 24 кВ и общим током 33.6 А. Результаты проектирования переданы в ФГУП «НПП «Исток» для изготовления экспериментальных образцов автогенераторов.

6. Проведено сопоставление расчетных данных с результатами эксперимента, выполненного на базе многолучевого клистрода с двухзазорным выходным резонатором, настроенным в режим автогенерации. Расхождение расчетных и экспериментальных значений по ускоряющему напряжению составило 1 %. Расчетные и экспериментальные значения КПД по мощности в нагрузку отличались на 4 %.

138

Заключение

1. С использованием пакета прикладных программ исследованы процессы в автогенераторах на двухзазорных резонаторах. Установлены основные закономерности преобразования энергии в автогенераторах и оптимизированы внутренние параметры для получения максимального КПД.

2. Показано, что при переходе от линейного режима малых амплитуд к нелинейным режимам для получения экстремальных значений КПД необходимо изменять режим и размеры элементов двухзазорных резонаторов таким образом, чтобы максимум первой гармоники конвекционного тока приходился на область второго зазора, при этом для центров зон колебаний -на противофазном тс-виде колебаний, для которого равны амплитуды напряжений на зазорах, а протекающие че^ез них токи разные, с увеличением номера зоны необходимо увеличивать длину первого зазора в соответствии с апрокеимационным соотношением Ц7 = Д +1.05 -0.4"-1, -на синфазном нулевом виде колебаний, для которого равны токи, протекающие через зазоры, а амплитуды напряжений на них могут быть разные, с увеличением номера зоны необходимо уменьшать амплитуду напряжения на первом зазоре по сравнению со вторым, а его длину увеличивать в соответствии с аппроксимационным соотношением

Д,=£>0+1.5-0.6\

3. Установлено, что максимальное значения электронного КПД в центре зон растут с увеличением номера зоны: для гс-вида колебаний с 14 % на нулевой зоне до 65 % на пятой, для нулевого вида с 40 % на нулевой зоне до 66 % на пятой, в основном, за счет уменьшения потерь на скоростную модуляцию в первом зазоре.

4. Рекомендовано для автогенераторов на двухзазорных резонаторах использовать: на тс-виде колебаний первую зону с электронным КПД 50 % и вторую зону с КПД 60 %, а на нулевом виде - нулевую зону с КПД 40 % и первую зону с КПД 57.7 %.

5. Установлена эквивалентность по КПД генераторов на двухзазорных резонаторах с сеточными и бессеточными зазорами на основе равенства коэффициентов взаимодействия каждого сеточного зазора и усредненных по радиусу потока коэффициентов взаимодействия соответствующих бессеточных зазоров.

6. Выявлено, что пространственный заряд в пределах практически л / используемых значений первеанса менее 0.75-10 At В мало влияет на КПД автогенераторов вследствие больших значений амплитуд переменных напряжений на зазорах, сравнимых с ускоряющим напряжением.

7. Установлено, что в сантиметровом диапазоне в многолучевой двухрядной конструкции генератора в отличие от однорядной не совпадают условия реализации максимального КПД в рядах лучей, расположенных на разном расстоянии от оси системы, что приводит к уменьшению общего КПД генератора: для 1-ой зоны тс-вида с 51 % до 42 %, для нулевой зоны 0-вида с 40 % до 34 %.

8. Установлено, что в многорядной многолучевой конструкции с длинным первым зазором концентрация электрического поля у торца зазора сдвигает центр эквивалентного зазора в сторону торца, что приводит к увеличению оптимальной длины пролетной трубы в 1.2 раза по сравнению со случаем однородного поля.

9. Разработана методика проектирования многолучевых многорядных автогенераторов, основанная на использовании пакета прикладных программ разного уровня для расчета электронных процессов и проектирования электродинамических систем. «.

10. Выполнено проектирование трех вариантов 30-лучевых двухсекционных автогенераторов на двухзазорных резонаторах на выходную мощность 120 кВт с КПД 30% на длине волны 5.45 см с ускоряющим напряжением 24 кВ и общим током 33.6 А. Результаты проектирования переданы в ФГУП «Hiill «Исток» для изготовления экспериментальных образцов автогенераторов.

11. Проведено сопоставление расчетных данных с результатами эксперимента, выполненного на базе четырёхлучевого клистрода с двухзазорным выходным резонатором, настроенным в режим автогенерации. Экспериментально подтверждена возможность получения на нулевой зоне синфазного вида колебаний КПД около 40 %. В целом показано, что на двухзазорных резонаторах могут быть созданы автогенераторы СВЧ средней и большой мощности с КПД 40-60 %. Расхождение расчетных и экспериментальных данных для ускоряющего напряжения в центре зоны генерации составило 1 %, и по КПД 4 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горлин, Олег Анатольевич, 2010 год

1. Гапонов В.И. "Электроника", 4.2, М.: Физматгиз, 1960.

2. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. Т.1. -М.: Физматлит, 2003. 496 с.

3. Heil О., Arsenjewa-Heil А.О. A new method for the generation of short undamped electro-magnetic oscillations of high intensity. Z. Physik, 1935, 95, S. 752-762.

4. Hohn W.C. Methalf G.F. Velocity Modulated Tubes // Proc. I.R.E., 1939, №2. P. 106-116.

5. Varian R.H., Varian S.F. High Frequency Oscillator and Amplifier. J. Appl. Phys., 1939, №10.

6. Millier J. Electron oscillations in high vacuum // Hochfrequenztech. u. Elektroakustik. May 1933. V. 41. P. 156-157.

7. Barroso J.J., Kostov K.G. A 5.7 GHz, 100 kW microwave source based on the monotron concept // IEEE Transactions on Plasma Science. 1999. V. 27, №2. P. 384-396.

8. Кураев А.А., Синицын A.K. Коаксиальный диодный генератор -диотрон // Радиотехника и электроника. 1997. Т.42, №2. С. 214-219.

9. Barroso J. J. Stepped electric-field profiles in transit-time tubes // IEEE Transactions On Electron Devices. 2005. V. 52, № 5. P. 872-877.

10. Шевчик B.H. Основы электроники сверхвысоких частот. M.: Сов. Радио, 1959.

11. Chodorow M., Fan S. A floating-drift-tube klystron // Proc. IRE. 1953. V.41. №1. P.25-31.

12. Панов В.П. Направления развития и особенности клистронов // Методические указания. Рязань: РРТИ 1991. - 36 с.

13. Nelson R.B. A high-power floating-drift-tube klystron // Proc. of the 4-th Int. Congress on microwave tube. Holland. 1962. Sept. P.49-54.

14. Симонов К.Г. Взаимодействие электронного потока с полем двухзазорного резонатора при синфазных полях в зазорах// «Электронная техника», серия I, «Электроника СВЧ», 1967, вып. 2, с. 39-46.

15. Зусмановский С. А., Зимин С. Ф., Симонов К. Г. Взаимодействие электронного потока с полем двухзазорного резонатора, работающего на противофазном виде колебаний // «Электронная техника», серия I, «Электроника СВЧ», 1967, вып. 6, с. 58-71.

16. Зильберман И.И. Расчет параметров двойного высокочастотного зазора с противофазными напряжениями // «Электронное приборостроение», 1968, вып. 5, «Энергия», с. 59-76.

17. Лебедев И.В., под ред. Девяткова Н.Д. Техника и приборы сверхвысоких частот. Изд. 2-е. Электровакуумные приборы СВЧ, Т. 2. М.: Высшая школа, 1972.

18. Muller J.J., Rostas Е.Е. Un generateuer a temps de transit un seul resonateuer de volume (in french) // Helvet. Phys. Acta. 1940. V. 13, № 3. P. 435450.

19. Хольман X.A. Генерирование и усиление дециметровых и сантиметровых волн. -М.: Сов. радио, 1948.

20. Лопухин В.М. Возбуждение электромагнитных колебаний и волн электронными потоками. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1953.

21. Федяев В.К., Юркин В.И., Пашков A.A. Влияние пространственного заряда на электронную проводимость и КПД монотрона // Электроника: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 53-57.

22. Панов В.П., Кутузова И.В. Взаимодействие несгруппированного потока с высокочастотным полем зазора // Электронные приборы: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РРТИ, 1992. С. 93-95.

23. Barroso J.J. Split-cavity monotrons achieving 40 percent electronic efficiency // IEEE Transactions on Plasma Science. Piscataway. NJ. 2004. V. 32, № 3.P. 1205-1211.

24. Barroso J.J. Design facts in the axial monotron // IEEE Transactions on Plasma Science. 2000. V. 28, № 3. P. 450-455.

25. Barroso J.J. A triple-beam 6.7 GHz, 340 kW monotron // IEEE Transactions On Electron Devices. 2001. V. 48, № 4. P. 815-817.

26. Barroso J. J., Kostov K. G. Triple-beam monotron // IEEE Transactions On Plasma Science. Piscataway. NJ. 2002. V. 30, № 3. P. 1169-1175.

27. Девятков Н.Д. и др. Авторское свидетельство № 609980, 1940.

28. Коваленко В.Ф. Введение в электронику сверхвысоких частот. Изд-во "Советское радио", 1955.

29. Гвоздовер С.Д. Теория электронных приборов сверхвысоких частот. Гостехиздат, 1956.

30. Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. Теория, основы расчета и проектирование электронных приборов. М.: Выбшая школа, 1983.

31. Васильев В.Н. Электронные и квантовые приборы СВЧ. Учебное пособие для вузов. М., "Связь", 1972.

32. Костиенко А.И. Введение в электронику СВЧ. М.: Высшая школа, 1989. !

33. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники СВЧ. -М.: Сов. радио, 1971.

34. Калинин В.И. Дециметровые и сантиметровые волны. Связьиздат,1939г.

35. Leavitt R.P., Wortman D.E., Dropkin H. H IEEE J. Quantum Electronics. 1981. V.EQ-17, №8. P.1333.

36. Warnecke R., Guenard P. Les tube a commande par modulation de vitesse.-Paris.: Gauthiers-villars, 1951.

37. Панов В. П. Направления развития и особенности клистронов // Методические указания. Рязань: РРТИ 1991. - 36 с.

38. Branch G. M. Electron Beam coupling in interaction gaps of cylindrical symmetry // Trans. IEEE. 1961. V. ED-8, № 3. P. 193-207.

39. Петров Г.С. Обобщенные выражения для коэффициента взаимодействия и электронной проводимости в двойном высокочастотном зазоре// Электронная техника, серия I, «Электроника СВЧ», 1969, вып. 5. С. 137—140.

40. Chandra К., Gavin M.R. Klystron with double-gap bunchers // Journ. Of Electronics and control. First series. 1964. V. 16, № 1. P.65-75.

41. Кацман Ю.А., Мовнин C.M. К расчету коэффициента взаимодействия и электронной проводимости для резонаторов с двумя зазорами взаимодействия //Радиотехника и электроника. 1966. Т.11, № 12. С. 2252-2254.

42. Зусмановский С. А., Зимин С. Ф., Симонов К. Г. Коэффициент взаимодействия и электронная проводимость двухзазорного резонатора //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1970. Вып. 1. С. 55-57.

43. Кацман Ю.А. О проблеме создания подобия трехточечных схем в мощных клистронных генераторах // Известия академии наук СССР, серия физическая X, №1. 1946. С.87-92.

44. Ludi, Helv. Phys. Acta, № 6, 1940.

45. Лошаков JI.H., Гвоздовер С.Д. Теория одноконтурного пролетного клистрона // Известия академии наук СССР, серия физическая X, №1. 1946. С.79-86.

46. Gebauer R. Wiss. Voroff. d.Texhnixhen Hochxhule Darmstadt. 1, 65 (1947); 1,97, 1949.

47. Панов В.П., Балябин А.Н. Клистрон с ленточным лучом // Вопросы радиоэлектроники. Сер.1. № 3.1963. С. 48.

48. Исследование процессов, связанных с взаимодействием электронов с СВЧ полем широкого входного зазора при больших амплитудах. Науч. рук. Панов В.П. Отчет / РГРТА. Рязань. - 1994. - 36 с.

49. Исследование процессов, связанных с взаимодействием электронов с полем резонатора при временах пролета, превышающих период колебаний и возможности создания новых генераторов СВЧ. Науч. рук. Панов В.П. Отчет / РГРТА. Рязань. - 1994. - 22 с.

50. Федяев В.К., Юркин В.И. Программа анализа двумерных динамических процессов в клистронах // Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РРТИ. 1986. С.101-105.

51. Лысенко В .Я., Шишков A.A., Программа расчета параметров аксиально-симметричных резонаторов и регулярных волноводов //Электронная техника Сер. Электроника СВЧ, 1975, Вып.4, с.118-120

52. Шишков A.A., Васин H.H., Сычев В.Б. Расчет азимутально-симметричных видов колебаний в резонаторах, частично заполненных диэлектриком // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ 1985. Вып.5.

53. Федяев В.К., Пашков A.A. Электронная проводимость и коэффициент полезного действия плоского сверхвысокочастотного зазора в нелинейном режиме //Радиотехника и электроника. 2005. Т.50. № 3. С. 361365.

54. Солнцев В. А. Нелинейные явления в вакуумных микроэлектронных структурах // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т. 6, № 1.С. 54-74.

55. Пашков A.A., Илларионов Ю. И. Методика моделирования нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями зазоров приборов клистронного типа//Вестник РГРТА. 2006. Вып. 18. Рязань: РГРТУ. С. 105-107.

56. Shockley N. Currents to conduction induced by a moving charge // Phys. 1939. P. 635.

57. Ramo S. Currents induced by electron motion // Proc. IRE. 1939. №27. P.584.

58. Волков E.A. Численные методы. M.: Физматлит, 2003.

59. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э. 3. Численные методы анализа. -М.: Наука, 1967.

60. Березин В.М., Буряк B.C., Гутцайт Э.М., Марин В.П. Электронные приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1985.

61. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. М.: Высш. шк. 1990г.

62. Аттеков A.B., Галкин C.B., Зарубин B.C. Методы оптимизации: М. Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001

63. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач: -М. Изд. "Наука", 1988.

64. Романовский П.И. Ряды Фурье. Теория поля. Аналитические и специальные функции. Преобразование Лапласа. М., Наука, 1964.

65. Лебедев И.В., под ред. Девяткова Н.Д. Техника и приборы сверхвысоких частот. Изд. 2-е. Техника СВЧ, Т.1. -М.: Высшая школа, 1970.

66. Горлин O.A. Исследование КПД двухзазорных резонаторов // VIII Всероссийская научная конференция г.Таганрог, 2006. С.263-264.

67. Федяев В.К., Горлин O.A. Автогенератор на двухзазорном резонаторе // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2007", г.Саратов: СГТУ, 2007. С.74-75.

68. Федяев В.К, Горлин O.A., Юркин В.И. Особенности фокусировки потока в автогенераторе СВЧ на двухзазорйом резонаторе // Восьмой Всероссийский семинар "Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики ", г. Москва. 2007. С.62-63.

69. Горлин O.A., Гринь Г.Н. Исследование электронного КПД автогенератора на 0-виде колебаний // Электроника, Межвузовский сборник научных трудов, 2007. С.35-39.

70. Горлин O.A. Исследование электронного КПД двухзазорного автогенератора на первой зоне синфазном виде колебаний // Вестник РГРТУ. Вып. 23. Рязань, 2008. С. 125-128

71. Кацман Ю.А. Вопросы теории многорезонаторных клистронов. М.: Связьиздат, 1958.

72. Хайков А.З. Клистронные усилители. -М.: Связь, 1974.

73. Григорьев А.Д. Электродинамика и микроволновая техника, 2-е издание , СПб.:Лань, 2007. *

74. Зильберман И.И., Кацман Ю.А. Многорезонаторные пролетные клистроны. Пособие к проектированию по курсу "Техника и приборы СВЧ". Ленинград, 1964.

75. Горлин O.A. Влияние пространственного заряда и неоднородности поля зазоров на параметры двухзазорного резонатора // 53 Студенческая научно-техническая конференция "Приборы и устройства СВЧ", 19 апреля 2006г.

76. Федяев В.К., Горлин O.A. Коэффициент полезного действия Питрона двухзазорного автогенератора с противофазным видом колебаний // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова. Москва 2008. С.338-340.

77. Федяев В.К., Горлин O.A. Численное моделирование автогенератора на двухзазорном резонаторе // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭПъ2008", г.Саратов: СГТУ, 2008. С.49-55.

78. Постановление Правительства РФ от 26 ноября 2007 г. № 809 «О федеральной целевой программе "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008-2015 годы"».

79. Bohlen Н.Р., PaloAlto. Advanced high-power microwave Vacuum electron device development // Proceeding of the 1999 Particle accelerator conference. New York. 1999. P. 445-449.

80. Королёв A.H., Лопин М.И., Победоносцев A.C. Многолучевой клистрод для телевидения // Электроника наука, технология, бизнес. - 1998. -№2. - С.23-25.

81. Пугнин В.И., Юнаков А.Н. Мощные многолучевые клистроны // Электронная техника. Сер. 1, СВЧ-ТЕХНИКА. Вып. 1(481). 2003. С.31-39.

82. Горлин OA., Мишин В.Ю., Федяев В.К., Шишков A.A. Проектирование многолучевого автогенератора СВЧ на двухзазорном резонаторе// Вестник РГРТУ. Вып. 31. Рязань, 2010. С.69-72.

83. Панов В.П. Применение ЭВМ для расчета приборов СВЧ (учебное пособие) Рязань: РРТИ 1981. 7б.с.