Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В СИСТЕМАХ СО СКРЕЩЕННЫМИ
ЭЖКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЖДИ 9
Спектр колебаний, существующий в НЧ-области . . . Ю
Линейная теория взаимодействия электронного луча с полем замедляющей системы в скрещенных электрическом и магнитном полях 12
Выводы 27
2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЧ-СИГНАЛА И НАКАЧКИ НА УРОВНИ МОЩНОСТИ
САТЕЛЛИТОВ 29
Исследование параметрических колебаний в линейных системах 29
Исследование параметрического взаимодействия сигналов с близкими частотами в кольцевых системах. . 39
Выводы . 51
3. РЕЗОНАНСНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТ
НЫХ ПОЛЯХ 54
Линейная теория резонансных взаимодействий .... 57
Расчет уровней побочных колебаний при взаимодействии потоков с обратными волнами 65
Резонансно-параметрические взаимодействия .... 68
Выводы 78
4. НЕЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОННОГО
ПОТОКА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ 81
4.1. Основные уравнения нелинейного взаимодействия . . 83
Анализ результатов численного счета 91
Выводы 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 106
ПРИЛОЖЕНИЕ.-ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ 109
П.І. Встречно-штыревая замедляющая система ПО
П.2. Анализ результатов расчета дисперсионных характерис
тик встречно-штыревой замедляющей системы 116
П.З. Дисперсионные характеристики кольцевых замедляющих
систем 123
П.4. Анализ результатов численного счета 129
П.5. Исследование электродинамических характеристик нагру
женных кольцевых замедляющих систем 133
П.6. Выводы 148
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Введение к работе
#ля ускорения научно-технического прогресса необходимо повышение эффективности исследований, ускорение внедрения достижений науки и техники в производство, обеспечение опережающего развития фундаментальных исследований, повышение результативности исследований.
Особое внимание в области естественных и технических наук уделяется развитию математической теории, повышению эффективности ее использования в прикладных целях, развитию физики элементарных частиц и атомного ядра, физики твердого тела, оптики, квантовой механики и радиофизики.
В настоящее время одним из актуальных направлений современной радиофизики является изучение параметрических, резонансных и нелинейных взаимодействий в сложной системе электронный поток-электромагнитная волна, что связано с важностью прогнозирования многочастотных ситуаций в ряде электровакуумных приборов СВЧ.
Процессы, протекающие в скрещенных электрическом и магнитном полях при взаимодействии электронных потоков с электромагнитными волнами, изучены еще недостаточно хорошо. Это объясняется сложностью понимания физики взаимодействия и отсутствием модели, лучшим образом отражающей суть работы устройств в реальных условиях полигармонического режима, когда в спектре присутствует ряд дискретных частот, обусловленных синхронными взаимодействиями полей с электронным потоком, плазменными неустой-чивостями, низкочастотными и высокочастотными процессами в облаке пространственного заряда и другими явлениями.
Для исследования этих явлений необходимо анализировать как линейные, так и нелинейные аспекты взаимодействия электромагнит-
них волн с электронными потоками. Без глубокого анализа физических процессов взаимодействия потоков заряженных частиц с электромагнитными волнами не может быть решена и проблема подавления или снижения уровня побочных колебаний в приборах СВЧ, которые охватывают широкую область частот как более высоких, так и более низких по отношению к частоте основного сигнала. Составляющие этих частот распределены по своей интенсивности вплоть до уровня шумов, и с приближением к их уровню число составляющих побочных колебаний резко возрастает. Наибольшие уровни побочных колебаний обычно достигают значений -40 ... -25 дБ по отношению к амплитуде основного сигнала, что вызывает необходимость изучения их возникновения.
В связи с этим в последнее время активно изучаются причины появления многочастотных режимов в скрещенных полях, такие как параметрические, резонансные и нелинейные взаимодействия волн электронного потока с высокочастотными полями в замедляющей системе. Вопрос полного расчета и анализа взаимодействия электронов с ВЧ-волной в известной нам литературе не рассмотрен.
В настоящее время известны работы, посвященные "доминирующим" резонансам, однако взаимосвязь этих явлений с процессами нарастания колебаний на основной частоте не ясна, не создана еще удобная методика расчета уровней этих колебаний при их "недоминирующем" влиянии.
Линейное приближение теории взаимодействия инжектированных потоков с ВЧ-полями позволяет учитывать только те побочные виды колебаний, которые вытекают из ясного физического представления явлений в скрещенных полях и для которых можно использовать условия их независимого существования во времени и пространстве. Но это приближение не дает ответа о спектральном составе сгруппированного потока, о появлении комбинационных сое-
тавляющих и их устойчивости, не позволяет оценить выходные характеристики при подаче на вход замедляющей системы амплитудно-модулированных сигналов. Важно знать и уметь предсказывать спектр излучения на выходе. В связи с широким применением усилителей и генераторов М-типа подобные исследования процессов взаимодействия в скрещенных полях являются достаточно актуальными.
Целью данной работы является изучение влияния низкочастотных колебаний, вызванных различными сопутствующими причинами (модуляцией потока по плотности или по скорости), резонансными свойствами замедляющей системы и др. на процесс нарастания и спектр излучения сигнала. Получены следующие новые научные результаты:
Впервые построена математическая модель и разработана методика для анализа процессов, протекающих при взаимодействии низкочастотных колебаний с ВЧ-сигналом, и на основе их параметрической связи определены уровни сателлитов вблизи несущей.
Разработана методика расчета уровней колебаний, обусловленных резонансными и резонансно-параметрическими взаимодействиями.
Сформулированы уравнения взаимодействия модулированного
электронного потока с электромагнитными еолнэми в скрещенных полях, и решена задача об определении выходных характеристик при подаче на вход амплитудно-модулированных сигналов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Методика и результаты анализа параметрического взаимодействия электронного потока с электромагнитными волнами,
Результаты анализа резонансного и резонансно-параметрического взаимодействия волн.
Методика расчета и результаты анализа спектральных ха-
рактеристик, полученных при нелинейной взаимодействии еолн электронного потока с электромагнитными Еолнами в случае низкочастотной и высокочастотной модуляций по току и напряжению.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 89 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 29 рисунков (на 24 страницах), приложения на 40 страницах, перечня используемой литературы, включающего 70 наименований.
В первой главе анализируются процессы взаимодействия электронного потока с электромагнитными волнами с помощью линейной теории образования волн в электронном потоке и на основе параметрической связи определяется взаимодействие сигнала, характеризуемого состоянием плазмы, с сигналом основной рабочей частоты.
Во второй главе определяются инкременты нарастания волн, возникающих при наличии параметрического взаимодействия низкочастотных и высокочастотных сигналов, проводится анализ влияния различных факторов на уровни побочных колебаний.
В третьей главе в приближении классической линейной теории рассматриваются некоторые явления нарастания колебаний вдоль замедляющей системы при учете всей гаммы взаимодействий, включая резонансные и резонансно-параметрические колебания, и определяются уровни мощности паразитных колебаний.
В четвертой главе приводятся результаты исследования нелинейного взаимодействия модулированного электронного потока с электромагнитными волнами, анализируется влияние низкочастотных и высокочастотных модуляций тока и напряжения на процессы. Показано, что уровнями спектральных составляющих на выходе прибора можно управлять, задавая тип модуляции, амплитуду модулирующей
функции, а также выбирая определенную длину пространства взаи-
модействия.
Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной сессии ИТОРЭ им. А.С.Попова (Москва, 1982 г.), на Ш научно-технической республиканской конференции по проблемам повышения технико-экономической эффективности электронных приборов (Киев, 1977 г.), на Ж межвузовской конференции по электронике (Ростов-на-Дону, 1976 г.), на Харьковской областной научно-технической конференции по радиоэлектронике (Харьков, 1974 г.), на ХІУ и ХУІ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников Харьковского института радиоэлектроники (Харьков, 1976, 1978 гг.).
Результаты проведенных исследований находят практическое применение на предприятиях Мияэлектронпром СССР, в ИРЭ АН УССР, а также рекомендуются для использования в ИРЭ АН СССР, НПО "Гранит" и др.
Материалы, разработанные в диссертации, включены в лекционный курс "Приборы сверхвысоких частот", который читается в Харьковском институте радиоэлектронике.
