Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важных задач, которую нужно ре-
.ь при разработке генераторных уствойсти СВЧ-дпапазона, является
."-'печение низкого уровня флуктуации частоты в спектре выходного cv>r-
... *
л. Особенно актуальна такая задача для систем селекции движущихся
ієн р са'гншетрОиОм и миллиметровом діі^іііазбнлх дчич во.ттг з :;ачси-
іенера горных ламп широкое практическое применение находят магне-
5ны. что связано с их небольшим весом, размерами, высоким КПД. Од-
со. фе-рма спектральной линии генерируемого сигнала, уходы частоты
і разогреве и т.д. этого типа приборов не всегда удовлетворяют требо-
ІИЯМ. предъявляемым к источникам колебаний; используемым в совре-
іной радиолокационной .техника. Аптягсчерагопм ги-гина с замкнутым
;:тронным потоком традиционно относятся ;-: сильно шумящим. Другой
особенностью является запаздывание первой гармоники наведенного
:а по отношению к высокочастотному напряжению. Уравнение движения
нетронного генератора относится ,- классу нелинейных дифференциалъ-
>; уравнений с запаздывающим аргументом.
Влияние запаздывания которое специально вводится а- схемугенера-
а в виде линий задержки, на интенсивность естественных флуктуации
аз-обно изучено (С.Н.Владимиров. .А_С.Майдановский. В.П. Рубаних).
сь примечателен эффект улучшения флуктуацнонных характеристгас по
внению с обычным томсоновским-генератором.
"V
Следует отметіггь. что нестабильности частоты колебаний магне-нного генератора, как и многих других, определяются различными фак-ами. Оценки уровней флуктуации проводились на основе параметриче-ч и непараметрических моделей (В.И. Никонов,-А.Н.-Малахов); с до-нительным учетом флуктуации реактивной составляющей электронной воднмости (В.И. Гомозов. Э.Г. Ламехов), с точки зрения-возникновения амического хаоса (А.В. Смирнов, В.Г. Усыченко).
Исследование источников несдабильности частоты нельзя счігоп
полным, если не выяснено, обусловлены они статическими или динамич*
скими эффектами (Л.А. Вайнштейн. Д.Е. Вакыан). Статические поправка
пропорциональные шуму n(t), имеют спектр, сосредоточенный на низки
частотах. Этот эффект наиболее широко исследован б большинстве работ
относящихся как к магнетронам, так и к другим генераторам. Динамичг
скнм флуктуациям, пропорциональным d/dt n(i), d'-ldt1 n(t), соответствуе
спектральная интенсивность, возрастающая с увеличением частоты. Дне
Персии мгновенной частоты, обусловленные статистической или дннамиче
скон модуляцией, имеют различную зависимость от параметров генератор
и. следовательно, могут быть уменьшены различными способами. В авте
колебательных системах с запаздывающими обратными связями динамиче
ские эффекты не изучались. С этой точки зрения исследуемый в диссерта
ции круг вопросов представляет интерес как для теории, так и для практа
кн. ' - {:. . "
Присутствие обратных связей с запаздыванием приводігг к ряду еле цифических эффектов, отсутствующих в обычных колебательных система."* Для магнетронного генератора это особенно вазкно. Так, например, в ся\ чае его синхронизации немонохроматическйм сигналом, что часто чеполь зуется на практике, дисперсия флуктуации- частоты выходного колебани оказывается зависящей от среднеквааратичного значения х^ьтуктуаций час тоты внешиего сигнала. Аналогичный эффект отсутствует у генераторо: без запаздывания.
Использование магнетронов в составе фазированной антенной ре шеткн делает актуальной, задачу о влиянии динамических флуктуации ко эффициентов связи на разность фаз' генераторов, характеризузощую степені их синхронизации. Здесь также проявляются специфические эффекты, свя занные с запаздыванием.
Одна из глав диссертации' посвящена вычислению момеятої (условного среднего, среднеквадратичного, структурной функции) немар
lECiitx. проікссод случайного блу^даи?ш. Марковский вариант этих моле-й хорошо изучен л азіро^о используется при' исслє202~япїі различных дкофизнчеетіх систем - фазовая аэто подстройка частоты, автогенератор її налігши внутренних' шумов к т.д. Менее исследованы одношаговые оцессы. у ;сотары.х времена, гаїзніі возъю'&нь": значений нмегот пелс::аз;і-тькое распределение. В данном случае допуасается, что мы имеем т»^ - c^zzzii^uim, лы~>ы*** '.->р,г"т; \?тс ^u.w«o»iiitt)"-4f е лостгггс"~-:о 'іос»!о всі рвется при решении прикладных задач теории вероятностей. Учитывая, что перовский и пуассоновасий процессы удобно использовать как составные їїїєнть; при конструировании более сложных дискретных процессов, ис-яование ах свойств и вычисление моментов в немарковском варианте вставляется актуальной задачей.
Цель ддссетзта»Ц'">»чоіі рс^гггч зйілі;;,іпєтся теоретическом исследовании влияния \юдуля1гяонных-(гех>пгческих) ИС-шнхез шума дініагпичесїои природы на нестгбилъноспг частоты томес-їского автономного осциллятора с запаздыванием в цепи обратной езя-
теоретвчесхом исследовании влияния немонохроматнчностн внешнего
нала на стабильность частоты синхроншнрозаякого магнетронного ге-
аторі- , - . .
получении простого алгоритма, позволяющего на стадии макепфова-
;, бед .многочасовых затрат машинного времени, выбирать геометрию
дно го блока и'режим работы, обеспечнзагопгяг стабильность частоты
.одных колебаний магнетрсяного генератора:
исследовании корреляционных и спектральных csqhcte немарковашх
цессон симметричного елтчаиного блуждания к одностороннего слу-
ного блуждания с эрланговаада распределением времен жизни состоя-
Научная новизна результатов работы состоит в следующей. Впервые зетичеоси погсазгйго, что влияние случайного характера крутизны харак-
6 . теристнки лампы на флуктуация частоты томсоновского генератора с зг паздывающей обратной связью проявляется уже в первом приолиженш Вычислена величина запаздывания, которое необходимо создать в цеп обратной связи для устранения влияния квазистатических флуктуации кр; тизны на частоту колебаний осциллятора. Впервые установлена зависі мость между динам.ическигЛн флуктуацнями электронной проводимост пространственного заряда магнетронного генератора и нестабильность! мгновенной частоты его колебания. Получен алгоритм, позволяющий вь бором геометрии анодного блока к режима работы увеличить стабилі ность частоты колебания магнетрона. Установлена .зависимость дисперсії флуктуации частоты синхронизированного магнетрона от среднеквадрг гичного значения ;флуктуацнн фазы внешнего сигнала. Проведен расче вторых смешанных „моментов, условных математических ожиданий., спек тральных плотностей мощностей немарковских процессов случайного бл> ждання. Показано, что белый шум может быть получен дифференцнрова кием по времени процесса с коррелированными приращениями.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
1. Дисперсия мгновенной частоты выходного колебания автономноп магнетрона, обусловленная динамическими флуктуацнями электронно) проводимости пространственного заряда, может быть сведена до миним\ ма выбором геометрии анодного блока и режимом работы генератора Дисперсия частоты синхронизированного магнетрона зависит от средне квадратичного значения флуктуации частоты внешнего сигнала и. може быть уменьшена или увеличением нагруженной добротности, или выборо> геометрии анодного блока и режима работы генератора. Спектральна: плотность флуктуации разности фаз колебаний двух связанных магнетрон ных генераторов, обусловленная динамическими флуктуацнями коэффици ентов связи, на высоких частотах анализа.не зависит от нагруженной доб
' 7
ротности и режимов работы генераторов, на низких частотах анализа, степень синхронизации повышается при увеличении анодных токов.
-
Технические флуктуации амплитуды «частоты автономного и синхронизированного внешним сигналом томсоновских генераторов с запаздывающей обратной связью в первом приближении зависят от флуктуации крутизны нелинейного элемента. Прч онредпспкой асличипе ммачд"?.?-іііія аяияниг флуктулігкй крупицы на амплитуду и частоту устраняется.
-
Временная зависимость моментов немарковских моделей случайного блуждания изменяется при переходе от эрланговского распределения времен лизни состояний к гамма-распределению.
-
Белый шум получается дифференцированием по времени процесса ГТойа, имеющего зависимые приращения на неперекрывающихся. кнтереа-
ІаХ иремеНК.
Методи исследования. Исследование эффектов, определяющих ста-Ь'шгьнсстъ колсСйний генераторов с запаздыванием, проводилось класси«е-:кими методам:? теории колебаний и теории случайных процессов. Контроль за правильностью получаемых результатов осуществлялся, в частоти, предельным переходом х известным формулам для генератора без за-іаздьівания. Иссседозание-немаркозаита моделей также проводилось клас-ическими метйджи анализа случайных процессов. Правильность резуль-атов здесь проверялась, например, _вкполне:іиеіі-услоаия нормировки "для ероятностей, полученных после решения уравнений Колмогорова.
Достоверность научимх выводов работы подтверждается соответег-' кем выводов теории результатам физических экспериментов, что позволи-о использовать их при выполнении рада ОКР, связанных с производством агнетрониых генераторов.
- . .. Иаучно-практичестссе значение результатов работы состоит з том, что етодика повышений стабильности частоты магнетронных генераторов ис-ользоёалась з практике разработок СБЧ-устройств, выполненных в рам-
ках ОКР ОКБ "Тантал", что подтверждается актом внедрения, прилагаемым к диссертации.
"~ Полученные в диссертации результаты имеют общенаучный характер.
Результаты, полученные для динамических флуктуации частоты магне
тронного генератора, применимы также к широкому классу автоколеба-
» тельных систем томсоновского типа с запаздывающими обратными связя
ми. . .
Результаты, следующие из исследования немарковских моделей случайного блуждания, применимы к теории потоков однородных событий, в которой при помощи пуассоновских процессов, например, изучаются серии отказов радиоэлектронной аппаратуры или вопросы, связанные с регистрацией группы радиолокационных целей в воздухе.
Личный вклад соискателя: все основные результаты, изложенные в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. Постановка задач осуществлялась совместно- с научным руководителем профессором Анищенко B.C.
Аппробаиия работ'ыи публикации. Основные материалы диссертации представлялись на VI научной конференции "Флуктуационные явления в физических системах" (Паланга, 1991 г.), Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Саратов, 1994 г.), Международной конференции по нелинейной динамике и.хаосу (Саратов, 1996 г.). Материалы диссергации обсуждались на семинарах кафедры радиофизики СГУ, на семинаре кафедры теории вероятностей механико-математического факультета СГУ. По теме диссерта-ции в центральной печати опубликовано 6 статей и тезисы 3-х докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит' из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация содержит/?^ страницы текста, 7 рисунков и списка литературы из 40 наименований. .
