Введение к работе
Актуальность темы. Развитие новых направлений науки и техники, таких как радиолокация космических объектов, дальняя космическая связь, передача энергии по радиолучу, термоядерный синтез, ускорительная техника и^.п. требует значительного повышения выходной мощности приборов СВЧ (до гигаваттного уровня). В настоящее время наметилось три пути решения этой задачи:
увеличение единичной мощности традиционных СВЧ приборов;
сложение мощностей, получаемых с помощью уже существующих мощных приборов;
разработка принципиально новых механизмов генерации (усиления) СВЧ электромагнитного излучения.
Один из перспективных путей реализации первого направления предусматривает создание многореэонаторного клистрона сантиметрового диапазона с энергией луча порядка нескольких МэВ и током 100-250 А. Такой релятивистский клистрон при КПД порядка 50^ обеспечивает выходную мощность около I ГВт, что на 2-3 порядка превышает мощность существующих в настоящее время приборов СВЧ в этом диапазоне. Достижение указанных параметров возможно только при использовании специально разработанной* с учетом релятивистских эффектов электродинамической системы, включающей группирователь и устройство отбора энергии.
Разработка и исследование этой системы и является целью диссертационной раббты.
Состояние вопроса. В настоящее время клистроны с энергией луча несколько МэВ в мире отсутствуют, хотя теоретические проработки велись в России и США. В связи с тем, что -эффективность обычных устройств группировки потока из-за увеличения массы электронов резко (эдаеэ, были предложены два новых способа группировки: - с непрерывная ускорением, когда электронный поток в промежутках между группирующими резонаторами движется в ускоряющем электрическом поле; - в поворотном магнитном поле, когда группировка осуществляется за счет зависимости циклотронной частоты от энергии релятивистской частицы.
К резонатора».!, осуществляющим, скоростную модуляцию элект-
ровного потока в этих устройствах группирования предъявляются очень жесткие требования, для удовлетворения которых необходимо тщательное моделирование и экспериментальные исследования.
Отмеченные выше проблемы характерны и при разработке устройства отбора энергии от электронного потока. Так как пробивное напряжение обычного тороидального резонатора ограничено, необходимо использовать многорезонаторные распределенные системы, элементы которых должны обладать малым волновьм сопротивлением, высоким пробивным напряжением, иметь заданную нагруженную добротность.
Готовые конструктивные решения для таких резонаторов к началу выполнения данной работы отсутствовали.
Разработка и экспериментальные исследования устройств группирования и отбора включают макетирование, математическое моделирование, а также измерение резонансных частот, добротности и распределения поля мак<*тов. Измерения с использованием стандартных средств не обеспечивают нужной точности и требуют больших затрат времени, поэтому возникла необходимость в автоматизации процесса измерений и обработки полученных результатов. Это привело к созданию измерительно-вычислительного комплекса (ИБК), включающего ЭШ, и программного обеспечения к нему, так как существующие измерительные установки не обеспечивают нужных.производительности и точности результатов измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Предложен новый способ настройки тороидального резонатора и устройства для его реализации.
-
Методом емкостного зондирования изучена асимметрия ' поля в резонаторе, вызванная наличием выходных окон связи и экспериментально установлена зависимость основных параметров резонатора от размеров окон.
-
Разработана методика исследования модулирующего резонатора группирователя РЭП, позволяющая определять начало развития СВЧ пробоев при его работе.
-
Разработан алгоритм обработки измерительных сигналов для расчета волнового сопроти&чения резонатора, основанный на использовании метода малых резонансных возмущений.
_ з -
5. Разработан измерительно-вычислительный комплекс с двумя измерительными частями:
для определения резонансной частоты и добротности резонатора;
для определения шунтового сопротивления и программное обеспечение к нему.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Разработанная методика исследования модулирующего резонатора позволила обеспечить работу без пробоев группирователя в поворотном магнитном поле при проведении испытаний релятивистского клистрона.
-
Результаты исследований тороидальных резонаторов системы этбора мощности послужили основанием для разработки новой кон-|игурации. резонаторов для этой системы.
-
Разработанный измерительно-вычислительный комплекс позвонил значительно сократить сроки проведения исследования резонаторов и повысить точность результатов измерений.
Научные положения, выносимые на защиту: I; Эффективным способом управления спектром собственных колебаний и волновым сопротивлением резонатора энергоотбора является использование зазора переменной ширины.
-
Наиболее чувствительными признаками начала развития СВЧ іробоя в резонаторе являются искажение формы огибающей высокочастотного импульса и увеличение коэффициента отражения от эезонатора. -—'.
-
Использование.адаптивных градуировочных характеристик ізмерительной установки позволяет существенно уменьшить погрешности параметров резонатора.
Апробация резул ьтатов работы. Основные результаты диссертауионной работы докладывались и Осуждались на:
IX Республиканском семинаре "Методы расчета ЭОС", Ташкент, [968;
Республиканской конференции молодых ученых и специалистов 'Научные основы и конструирование приборов для научных исследо-іаний и автоматизации эксперимента", Ташкент, 1989;
Республиканской научно-технической конференции "Экологи-
_ 4 -ческие проблемы промышленности республики и перспективы их решения", Ташкент, 1990;
X Всесоюзном семинаре "Волновые и колебательные явлені в электронных приборах 0-типа", Ленинград, 1990;
научно-технических советах отделения электрофизики ИЗі АНРУз, Ташкент, 1989-1992.
Публикации. По материалам диссертационной рабо1; опубликовано 10 печатных работ, среди которых одно изобретені и два положительных решения по заявкам.
Реализация и внедрение резул т а т о в. Результаты диссертационной работы внедрены в ИЭиА АН Р/з и Ассоциации электромагнитных технологий.
Структура и объем диссертаци
Диссертация состоит из введения", четырех глав, заключен! и списка литературы, включающего 105 наименований. Основная часть работы изложена на 115 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка и 3 таблицы.
