Введение к работе
Радиофизика, родившаяся на границе ХГХ и XX веков как наука о распространении и приеме радиоволн, превратилась ко второй половине XX века в обширную отрасль, включающую все новые и новые научные и технические направления. Многие из них возникли на стыке радиофизики и электроники (впоследствии - электроники сверхвысоких частот), причем каждое образовавшееся в рамках радиофизики направление - связь, радиолокация, радионавигация, радиоэлектронное противодействие и множество других — давало ощутимый толчок развитию, определяло новую систему требований к входящим в состав соответствующей аппаратуры электронным приборам. И, наоборот, развитие элементной базы, создание все более мощных, более широкополосных, все более коротковолновых, удовлетворяющих широкому спектру специальных требований электронных приборов (в первую очередь - электровакуумных приборов СВЧ диапазона) открывало новые горизонты для появления новых и совершенствования существующих типов радиофизической аппаратуры.
Общий прогресс в этой области невозможен без создания соответствующего инструментария исследовательских работ (направленных на изучение возможностей и непосредственное улучшение параметров электронных приборов и аппаратуры СВЧ): многочисленных методов теоретического анализа и экспериментального исследования протекающих в этих объектах физических процессов. Среди них большое место занимают методы исследований, направленных на повышение эффективности взаимодействия электромагнитных волн с электронными пучками и другими средами. Наряду с методологией фундаментальных исследований, непрерывно развивающейся с момента появления радиофизики как самостоятельной отрасли науки и до настоящих дней, постоянно совершенствовались и методы теоретического анализа, экспериментальных исследований, направленных на повышение КПД, расширение полосы рабочих частот, увеличение устойчивости, продвижение в коротковолновые области частотного диапазона электронных приборов и радиофизической аппаратуры.
Решению перечисленных проблем посвящено огромное количество работ ученых всего мира. Однако прогресс науки и техники ставит перед исследовате-(іями все более сложные задачи, для решения которых необходимы как поиск и исследования новых, так и более глубокое гоучение уже известных физических процессов. Развитию теории, созданию экспериментальных методов исследований и непосредственно исследованиям, направленным на повышение эффектив-
ности электронно-волнового взаимодействия и взаимодействия электромагнитных волн СВЧ с диссипативными диэлектрическими средами, а также использованию полученных результатов при создании электронных приборов СВЧ и радиоэлектронной аппаратуры различного назначения посвящена настоящая диссертация. В процессе работы над ней был выполнен ряд исследований, направленных на создание теоретических основ и непосредственное практическое воплощение нового класса приборов - мощных широкополосных развязывающих устройств на нелинейном эффекте Компфнера [1-6], широко используемых впоследствии для обеспечения устойчивой работы мощных широкополосных усилительных цепочек ЛБВ (см., например, [7]) и аппаратуры, для которой они разрабатывались. Логическим продолжением этих исследований явились работы, направленные на развитие методов анализа устойчивости сложных усилительных схем, комплекса приёмов и методов её обеспечения [7-13], а также ряд работ, направленных на улучшение энергетических и частотных характеристик ЛБВ усилителей и усилительных цепочек ЛБВ [14-17]. Большой цикл теоретических и экспериментальных исследований был выполнен автором в 80-е годы в обеспечение развития и становления в России нового приборного направления: ЛБВ миллиметрового диапазона [18-29]. И, наконец, в 90-е годы автором был выполнен большой цикл работ по созданию теоретических основ и непосредственному аппаратурному воплощению радиоэлектронного технологического оборудования - мощных промышленных комплексов микроволновой и комбинированной сушки различных диэлектрических материалов (от пищевых продуктов до древесины) [30-47].
Все эти работы органически объединены единым стержнем, единым подходом к возникающим при создании электронных приборов и радиоэлектронной аппаратуры проблемам — разработанной автором и составляющей основу настоящей диссертационной работы методологией поиска компромиссных решений многофакторных задач повышения эффективности взаимодействия электромагнитных волн с электронными пучками и диссипативными диэлектрическими средами [7,46]. Комплекс этих, объединенных общим подходом к их решению, задач представляет собой крупную научную проблему, имеющую важное значение как для развития радиофизики, так и для создания новейшей элементной базы — современных электровакуумных приборов СВЧ, в результате решения которой были созданы новые математические модели для анализа процессов взаимодействия электромагнитных волн с электронными пучками в электровакуум-
ных усилителях различных частотных диапазонов, математические модели для исследования различных проявлений неустойчивости усилителей и усилительных схем, для изучения возможности снижения анизотропии диссипации энергии при микроволновом воздействии на диэлектрические материалы. Одновременно был разработан набор экспериментальных методик, позволивших выявить и проанализировать ряд новых физических эффектов: новый механизм воздействия встречной волны' (на взаимодействие с электронным пучком попутной ему волны), возбуждение субгармоник усиливаемого сигнала, нелинейные свойства эффекта Компфнера, зависимость устойчивости усилителей от соотношения их амплитудных характеристик и электродинамических характеристик их замедляющих систем (ЗС), новые способы уменьшения анизотропии диссипации энергии при микроволновом обезвоживании диэлектрических объектов. С использованием полученных результатов были созданы новые типы приборов (параметрический ряд электронных развязывающих устройств на нелинейных свойствах эффекта Компфнера), ряд электровакуумных усилителей и усилительных схем в различных частотных диапазонах, в том числе и в миллиметровом, разработано принципиально новое высокоэффективное оборудование микроволновой и комбинированной сушки, по своим технико-экономическим параметрам существенно превосходящее известные отечественные и зарубежные аналоги.
Идеология такого подхода возникла непосредственно из практики создания многочисленных разрабатываемых автором изделий электронной техники (ИЭТ), разработки математических и экспериментальных подходов к улучшению их характеристик и развивалась с каждым выпускаемым им в серию электровакуумным прибором или аппаратурным комплексом. Генезис появления упомянутой выше методологии поиска компромиссных решений достаточно понятен. Каждый раз, когда начинается работа над проектом нового электронного прибора или аппаратуры СВЧ диапазона с существенно более совершенной (по сравнению с предыдущими) системой параметров, совершенно неэффективными оказываются попытки создать новое изделие путем использования совокупности наработанных ранее конструкторских и технологических решений, имеющихся в арсенале у разработчиков. Это связано с тем, что трудно изменить или улучшить один из параметров или узлов изделия, а остальные оставить прежними.
При создании электронных приборов и аппаратуры СВЧ с предельно достижимыми системами параметров, проведении разработки на уровне, который американские разработчики и исследователи обозначают удачным термином "at
the state of art" (на уровне искусства), приходится, как правило, решать цельїі комплекс сложных, внутренне противоречивых задач, искать разрешения бес численных внутренних технических противоречий. Наиболее полно это проявля ется при решении задач, названных автором "компромиссными", целью которы является не получение какого-либо одного "рекордного" параметра в ущерб все? остальным, а, наоборот, реализация наиболее удачного сочетания двух или болеї параметров. Решение таких задач требует специальных теоретических и экспе риментальных подходов, совокупность которых может быть, видимо, сведена ] некоей технологии (или методологии) поиска компромиссных решений много факторных задач.
За более чем четверть века работы в качестве разработчика, главного кон структора электровакуумных приборов и аппаратуры СВЧ автору приходилос; множество раз решать подобные задачи, причем на первых порах каждая из ни: представлялась своеобычной, непохожей на другие задачи такого типа. Действи тельно, в каждой из них задавалась своя, отличная от других, система парамет ров, в каждой из них возникали свои технические противоречия, не разрешаемы! существующими стандартными приемами. Однако по мере накопления таких за дач и их решений, в процессе их систематизации, начинали проявляться общи черты, достаточно близкие между собой математические модели, теоретически! и экспериментальные методики решения этих задач; все четче проявлялись об щие подходы к поиску компромиссных решений [7,46].
Так родилась общая схема, единая методология поиска компромиссны решений, с помощью и на базе которой определялись подходы к решению ещ более сложных многофакторных задач, возникающих при создании сложны многофункциональных радиотехнических комплексов. Это определило и приня тые в диссертационной работе логику и структуру изложения материала: в пер вой части (главы 1-7) на базе задач, решаемых при теоретическом анализе и экс периментальных исследованиях параметров ЭВП СВЧ, решении задач их согла сования с внешней нагрузкой поэтапно создаётся общая схема поиска компро миссных решений; во второй части (главы 8,9) на основе этой схемы разрабаты ваются методы (и математические модели) расчёта и выбора оптимальных пара метров сложных радиоэлектронных устройств - технологических комплексе микроволновой и комбинированной (конвекционно-микроволновой) сушки.
Актуальность работы определяется тем, что необходимость проведени исследований возникала при решении проблем, связанных с разработкой новей
шгх электровакуумных приборов и радиоэлектронной аппаратуры СВЧ со слож-ыми, труднодостижимыми системами параметров, и подтверждается использо-іанием результатов этих исследований при их создании, о чем имеются соответ-твующие акты о внедрении.
Целью диссертации является создание единой методологии поиска ком-фомиссных решений сложных многофакторных задач, связанных с повышени-!М эффективности взаимодействия электромагнитных волн СВЧ с электронными гучками и диссипативными диэлектрическими средами, включающей широкий габор методов теоретического анализа, экспериментальных методов исследова-шя волновых процессов и применение ее к созданию электронных приборов и шогофункциональных радиотехнических комплексов.
В задачи исследований входит:
1. Создание теоретических методов анализа эффективности электронно-
юлнового взаимодействия и взаимодействия электромагнитных волн с диэлек-
риком при наличии диссипации энергии, изучение на этой основе специфики
ізаимодействия в коротковолновых электровакуумных приборах СВЧ, а также
ізаимодействия электромагнитного излучения с диссипативными диэлектриче-
жими объектами и совместного действия на эти объекты микроволнового излучения и
:епловых конвекционных потокоа
2. Разработка экспериментальных методов исследования процессов, проте-
саюших в электровакуумных приборах при усилении и подавлении высокочас
тотных электромагнитных сигналов и при взаимодействии микроволнового из-
іучения с диэлектрическими объектами различной природы в условиях повы-
пенной диссипации энергии, интерпретация их результатов на основе созданных
георетических методов, а также исследование возможности применения Полу
ниных результатов для улучшения параметров существующих и разработки но-
5ых перспективных электронных приборов и аппаратуры СВЧ.
Научная новизна 1. Впервые установлено увеличение эффективности взаимодействия в ко-эотковолновых спиральных ЛБВ при росте диэлектрической нагрузки ее замед-гяющей системы (ЗС). Показано, что этот эффект обусловлен сильным влиянием з миллиметровом диапазоне даже относительно небольшого изменения величины распределенных потерь на результаты взаимодействия. Увеличение геомет-эических размеров и массы опорных стержней спиральной ЗС (и, соответственно, вносимой ими диэлектрической нагрузки) позволяет получить повышение
КПД взаимодействия, несмотря на уменьшение величины сопротивления связи системы (обусловленное, в свою очередь, увеличением диэлектрической нагрузки ЗС). Аналогично, для ЛБВ с ЗС типа цепочки связанных резонаторов (ЦСР) показано, что наибольшая эффективность взаимодействия реализуется при фазовых сдвигах на ячейку ЗС, соответствующих не максимально достижимой (с учетом всех значимых факторов) величине сопротивления связи, а наилучшему сочетанию величин сопротивления связи и распределенных ВЧ потерь.
-
Предложена математическая модель и проведено теоретическое исследование электронно-волнового взаимодействия в коротковолновых спиральных ЛБВ с переменным декрементом затухания в выходной секции ЗС на нулевой и минус первой пространственных гармониках поля. По результатам этого исследования установлен закон распределения затухания, обеспечивающий высокие энергетические характеристики коротковолновых ЛБВ при взаимодействии с основным усиливаемым сигналом и требуемые запасы по устойчивости к возбуждению на обратной пространственной гармонике.
-
Разработан (с использованием аппарата регрессионного анализа) математический подход к исследованию устойчивости работы сложных усилительных схем с активными и пассивными элементами, основывающийся на вводимом автором понятии "базового звена усилительной схемы" и на представлении схем любого уровня сложности в виде совокупности "базовых звеньев". Каждое такое звено состоит из набора стандартных пассивных и активных элементов, характеризующихся набором коэффициентов передачи (усиления или поглощения) и отражения, для которых затем записываются амплитудные условия генерации. Показано, что при таком подходе к широкополосным усилительным схемам достаточно анализировать только амплитудные условия генерации; фазовые условия, безусловно, будут выполняться, по крайней мере, в какой-либо одной из точек рассматриваемого диапазона частот.
-
С помощью предложенного подхода к анализу устойчивости проведена классификация различных возможных проявлений неустойчивости сложных усилительных схем, наиболее типичными из которых являются самовозбуждение в отсутствие входного сигнала, возбуждение паразитных колебаний в режиме усиления полезного сигнала, возбуждение на высших гармониках полезногс сигнала, и т.п. С использованием этого подхода объяснен физический механизм впервые обнаруженного автором эффекта самовозбуждения (в динамической режиме работы) широкополосных усилительных схем на субгармонике полезно-
го сигнала с одновременным снижением эффективности взаимодействия с электронным пучком основного усиливаемого сигнала.
-
Впервые обнаружена и исследована теоретически и экспериментально принципиальная возможность реализации эффекта подавления мощных СВЧ сигналов при их взаимодействии с электронными пучками в полосе частот до двух октав (без подстройки напряжения).
-
Впервые обнаружен и исследован с использованием созданных автором математических моделей и разработанных экспериментальных методов эффект непосредственного влияния сформированной вне ЛЕВ (усилителей и подавителей) мощной встречной волны на взаимодействие электронных пучков с попутными сигналами. Показано, что основной причиной возникновения этого эффекта являются кумулятивные свойства дополнительной группировки пучка непосредственно встречной волной. Определены режимы и условия взаимодействия, в которых влияние встречной волны минимально.
-
Предложен и обоснован теоретически принципиально новый вероятностный подход к комплектованию ЖВ для систем с фазированными антенными решетками (ФАР), допускающий определяемое (по созданной автором на базе комбинаторного исчисления математической модели) количество выбросов фазочастотних характеристик (ФЧХ) входящих в систему усилителей, значительно превышающих предельно допустимую (исходя из существовавших ранее подходов) величину. С использованием такого подхода принципиально осуществимой становится задача продвижения систем с ФАР в коротковолновые диапазоны длин волн, нерешаемая ранее из-за высокой изрезанности ФЧХ ЛБВ соответствующих частотных диапазонов, обусловленной причинами технологического характера.
-
Разработана общая методология поиска компромиссных решений многофакторных задач, включающая разделение всех рассматриваемых в этих задачах параметров на три основные группы (исходные, функциональные и выходные), установление всех значимых взаимосвязей между ними и группирование связывающих их функций по наличию общих аргументов, определение сущно-л'и возникающих технических противоречий и формирование системы критериев, которым должно удовлетворять искомое компромиссное, решение, а также ірсенал теоретических и экспериментальных методов, непосредственно исполь-іуемьк в процессе поиска этих решений. Наиболее важными принципами, сформулированными в рекомендациях по реализации разработанной системы тоиска, являются принцип снижения уровня существующих технических проти-
воречий и принцип локализации области поиска решений.
9. Созданы математические модели для анализа распределения интенсив
ности энерговыделения при взаимодействии сверхвысокочастотного электро
магнитного поля с дискретно и непрерывно расположенными в электродинами
ческой системе (ЭДС) диэлектрическими объектами. Определены варианты рас
пределения диэлектрической нагрузки, при которой анизотропия энерговыделе
ния вдоль оси распространения бегущей волны в образующих ЭДС желобковых
волноводах (ЖВ) минимальна. Проанализированы и выбраны обеспечивающие
минимальную анизотропию энерговыделения варианты инжекции микроволно
вой энергии в ЭДС. Построена математическая модель и проанализирована зави
симость анизотропии энерговыделения вдоль оси движения диэлектрических
объектов через ЭДС от закона этого движения. Проведено численное сравнение
результатов расчета для вариантов однонаправленного односкоростного движе
ния, реверсного движения с различными амплитудами качания и неподвижного
положения объектов микроволнового облучения.
10. Создан комплекс математических моделей и программ расчета для ана
лиза различных физических аспектов объединения в едином процессе физиче
ских механизмов конвекционной и микроволновой сушки. С использованием
этих моделей проведены расчеты, направленные на минимизацию энергоемкости
объединенного процесса и анизотропии влажности конечных продуктов обезво
живания. Определены значения границ диапазона переходных влажностей (вла-
госодержаний, соответствующих переходу с одного механизма обезвоживания
на другой), в котором наряду с минимизацией энергоемкости процесса сушки
имеет место и взаимная компенсация анизотропии влажности по оси распро
странения бегущей волны ЖВ.
-
Найдено и защищено авторским свидетельством оригинальное решение внешней тепловой задачи для коротковолновых ЛБВ с сопровождением электронного пучка полем магнитной периодической фокусирующей системы (МПФС). Это решение базируется на поиске конфигурации системы жидкостного охлаждения и МПФС, при которой достигается предельное улучшение условий теплоотвода от ЗС, соответствующее облегчение ее теплового режима, снижение распределенных ВЧ-потерь при приемлемых значениях величины фокусирующего магнитного поля.
-
Выведены математические выражения, в которых КПД усилительной
цепочки с прозрачной ЛЕВ в качестве выходного каскада в явном виде зависит от коэффициента усиления этого каскада, что позволяет в каждом конкретном случае осуществлять поиск компромиссного решения из условия экстремума полученной зависимости.
-
Предложено и разработано эффективное средство повышения устойчивости коротковолновых усилительных схем с волноводными элементами, характеризующимися резким увеличением отражений в области их длинноволновой отсечки - использование селективного (частотно-зависимого) поглотителя, частотные свойства которого определяются выбором конфигурации поглощающего слоя, наносимого на опорные диэлектрические стержни спиральной ЗС с учетом структуры распределенного в этой области высокочастотного электромагнитного поля на каждой из рассматриваемых частот. Созданная на основе этого решения конструкция защищена авторским свидетельством.
-
Предложено широкополосное развязывающее устройство, механизм подавления мощных отраженных сигналов в котором обусловлен впервые исследованными автором нелинейными свойствами эффекта Компфнера, проявляющимися при уровнях мощности попутного электронному пучку сигнала, сравнимых с уровнем мощности самого электронного пучка. Исследования, проведенные с использованием созданных автором математических моделей и разработанных экспериментальных методик, позволили выбрать режимы наиболее эффективного электронно-волнового взаимодействия и создать параметрический ряд невзаимных электронных развязывающих устройств с минимальным подавлением мощных сигналов на уровне не ниже 15 дБ в полосах рабочих частот шириною до двух октав, а также показать принципиальную возможность создания таких устройств с несколько сниженным (примерно до 8 дБ) уровнем подавления на отработанных электронных пучках усилителей, для улучшения согласования которых с внешними ВЧ-нагрузками они служат. Различные варианты конструкции таких устройств защищены двумя авторскими свидетельствами.
-
Установлена связь устойчивости широкополосных ЛБВ-усилителей с электродинамическими характеристиками их ЗС. Предложен, реализован и защищен авторским свидетельством способ обеспечения устойчивости усилителей и усилительных схем, основанный на сочетании аномальных амплитудных характеристик усилителей и дисперсионных характеристик их ЗС.
-
Проведено математическое обоснование выбора геометрических размеров желобковых волноводов (ЖВ) для электродинамической системы (ЭДС) ус-
тановки микроволновой сушки, обеспечившее минимизацию уровня излучения через их открытые стенки, что, в свою очередь, позволило впервые создать сверхразмерную одномодовую систему с низкоинтенсивным, однородно распределенным по объему ЭДС электромагнитным полем, состоящую из совокупности ЖВ, соединенных в плоскостях, параллельных осям распространения в них бегущей электромагнитной волны, и пригодную для пропускания масштабных потоков подвергаемых обезвоживанию диэлектрических объектов. Варианты такой конструкции защищены двумя патентами на изобретения.
7. Разработана методика эксперимента по определению влияния на анизотропию энерговыделения естественных выравнивающих факторов (тепло- и мас-сообмена и селективного характера выделения микроволновой энергии). Показано, что даже при минимальном влагосодержании облучаемых диэлектрических объектов неравномерность энерговыделения снижается за счет действия выравнивающих факторов, по крайней мере, вдвое по сравнению- с расчетом, проведенным без учета выравнивающих факторов.
8..Впервые созданы конвейерные технологические комплексы микроволновой и комбинированной сушки, обеспечивающие высокую производительность, малую энергоемкость процесса, высокое качество высушенной продукции и технологичность операции сушки. Конструкции различных вариантов таких комплексов защищены тремя патентами на изобретения и свидетельством на полезную модель.
Всего по материалам диссертации зарегистрировано 18 изобретений (15 авторских свидетельств и 3 патента).
Указанные результаты были получены в ходе выполнения под руководством автора в НПО "Алмаз", Корпорации "Диполь" и СНПФ "Агроприбор" более 30 НИР и ОКР. Большинство исследований в части создания электровакуумных приборов СВЧ и согласования их с радиоэлектронной аппаратурой выполнялось в соответствии с Планами важнейших работ (НИР и ОКР) Министерства электронной промышленности, Госкомитета по оборонным отраслям промышленности, а исследования, направленные на разработку аппаратуры микроволновой и комбинированной сушки, по заказам Главного управления науки Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ.
Основные результаты работы были использованы или внедрены
а) в разработки параметрического ряда электронных невзаимных развязывающих устройств в НПО "Алмаз";
б) в разработки ЛБВ-усилителей и усилительных схем различных частот
ных диапазонов (НПО "Алмаз");
в) в разработку параметрического ряда радиотехнических комплексов
микроволновой сушки (Корпорация "Диполь", СНПФ "Агроприбор");
г) в разработку радиотехнических комплексов комбинированной (конвек-
ционно-микроволновой) сушки в Корпорации "Диполь" и СНПФ "Агроприбор".
Материалы, полученные в диссертации, использованы также в разработанном и читаемом автором курсе лекций в Саратовском агроинженерном университете.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается тем, что методы и программы расчета многократно проверены сравнением с экспериментальными данными, а экспериментальные результаты имеют достаточно полную теоретическую интерпретацию. Кроме того, достоверность полученных результатов подтверждается многочисленными актами приемки НИР и ОКР, в ходе которых были получены основные результаты диссертации.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Максимальный КПД электронно-волнового ваимодействия в ЛБВ коротковолновой части сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн достигается при выборе собственных параметров их ЗС (спиральных и ЦСР), обеспечивающем компромиссное соотношение величин сопротивления связи и распределенных ВЧ-потерь в ЗС в динамическом режиме работы ЛБВ (и соответствующем ему температурном режиме ее ЗС). Практически все зависимости КПД электронно-волнового взаимодействия в коротковолновых ЛБВ от варьируемых параметров их электродинамических структур (диэлектрической нагрузки спиральных ЗС, фазового сдвига на ячейку ЦСР) имеют ярко выраженный экстремум (максимум).
-
Эффективным средством подавления минус первой пространственной гармоники в коротковолновых спиральных ЛБВ, не приводящим к снижению эффективности электронно-волнового взаимодействия в них на основном усиливаемом сигнале (на нулевой пространственной гармонике), является введение в их выходную секцию ступенчато снижающихся по длине ЗС в сторону вывода энергии ЛБВ распределенных ВЧ потерь, например, за счёт нанесения на выходной участок спирали высокоэлектропроводящих покрытий (меди, серебра, золота) с толщиною, превышающей толщину скин-слоя.
-
Значительное повышение устойчивости работы коротковолновых усилителей и усилительных схем с волноводными элементами, не приводящее к снижению эффективности электронно-волнового взаимодействия в них на ос-
новном сигнале, может быть реализовано за счёт введения в них селективного ВЧ-поглотителя с возрастающими в длинноволновой области рабочего диапазона частот ВЧ-потерями, частотнозависимые свойства которого обусловлены выбором его конфигурации, учитывающим структуру высокочастотного электромагнитного поля в области расположения поглотителя.
-
Эффективным средством обеспечения устойчивости работы мощных широкополосных усилительных схем (не ограничивающим их полосовые характеристики и достижимый уровень мощности) является введение между усилительными каскадами электронных невзаимных развязывающих устройств, эффективность подавления в которых отражённых сигналов (при прохождении через них прямых сигналов с минимальными (только "холодными") потерями), обеспечивается нелинейными свойствами эффекта Компфнера. Наилучшие полосовые свойства электронных развязывающих устройств реализуются при использовании в них ЗС с 4-6%-ной нормальной дисперсией, которая обеспечивает одновременно и наилучшие фазокомпенсационные свойства, необходимые для создания близкого к оптимальному сдвига фаз между временными гармониками, и, соответственно, эффективное бигармоническое взаимодействие в выходном усилителе схемы.
-
При расчёте и оптимизации ЛБВ-усилителей и невзаимных развязывающих устройств на ЛБВ необходимо учитывать влияние на эффективность взаимодействия в них (электронного пучка с попутной ему волной) отражённой от внешней нагрузки встречной волны, обусловленное дополнительной модуляцией ею электронного пучка. Для корректного анализа влияния встречной волны необходимо учитывать кумулятивный характер осуществляемого ею (всеми имеющими значимый уровень в спектре отраженного сигнала временными гармониками) дополнительного воздействия на высокочастотную группировку электронного пучка.
-
При работе широкополосных усилителей и усилительных схем на неидеально согласованную нагрузку в них могут самовозбуждаться субгармоники (в первую очередь, сигнал половинной частоты) основного усиливаемого сигнала, что сопровождается снижением эффективности взаимодействия на основном сигнале. Физический механизм этого явления связан с ростом линейного коэффициента усиления на субгармонике (вплоть до выполнения для неё амплитудных условий генерации) при усилении сигнала основной частоты в условиях свойственного широкополосным усилителям бигармонического взаимодействия.
-
Использование совокупности желобковых волноводов (ЖВ) с основным типом колебаний Ни (соединенных по плоскостям, параллельным осям распространения бегущей волны и перпендикулярных оси перемещения подвергаемых микроволновому облучению диэлектрических объектов) в качестве электродинамической системы (ЭДС, рабочей камеры) радиотехнических комплексов микроволновой сушки позволяет существенно снизить анизотропию распределения высокочастотного поля в рабочей области, увеличить максимальный поток проходящих через ЭДС и подвергаемых облучению диэлектрических объектов и минимизировать паразитное излучение из рабочей камеры по сравнению со всеми известными типами ЭДС аналогичных комплексов (например, на базе прямоугольных волноводов с основным типом колебаний Н10). Использование математической модели, созданной на основе метода коллокации, позволяет определить размеры ЖВ для такой системы, обеспечивающие требуемое распределение интенсивности поля и минимизацию паразитного излучения из рабочей камеры.
-
Наибольшее влияние на анизотропию обезвоживания и параметры качества подвергаемых микроволновой сушке диэлектрических объектов оказывает анизотропия диссипации излучаемой в них микроволновой энергии, которая, в свою очередь, зависит от анизотропии распределения интенсивности высокочастотного поля и закона движения в поле диэлектрических объектов. Минимальная анизотропия диссипации энергии имеет место при однонаправленном односко-ростном движении диэлектрических объектов через ЭДС либо при реверсном движении с постоянной по абсолютной величине скоростью и с амплитудой качания, кратной периоду ЭДС (размеру электродинамической секции, состоящей из одного ЖВ, по оси движения объектов облучения).
-
Минимальная энергоёмкость процесса обезвоживания диэлектрических объектов достигается при последовательном использовании двух различных физических механизмов сушки: конвекционного и микроволнового, причём общее энергопотребление процесса зависит от выбора точки переходного влагосодер-жания (на границе объединения двух механизмов обезвоживания),
10. Пространственная анизотропия диссипации энергии в подвергаемых
обезвоживанию диэлектрических объектах (и, соответственно, анизотропия их
влажности) может быть минимизирована при последовательном объединении
конвекционного и микроволнового механизмов обезвоживания в рамках единого
процесса. Степень минимизации анизотропии зависит от выбора величины пере
ходного влагосодержания.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на объединённом семинаре кафедр электроники и волновых процессов, радиофизики, физики твердого тела СГУ, а также на международных конференциях по микроволновым технологиям в народном хозяйстве, г.Казань, 1995 г.; посвященным научно-техническому прогрессу в агропромышленном комплексе (АПК), г. Минск, 1996 и 1997 гг.; по проблемам автоматизации в АПК, г.Углич, 1995 и 1997 гг.; по спектроскопии и физике молекул, г. Саратов, 1997 г.; на 6-й и 8-й школах-семинарах по электронике СВЧ (г. Саратов, 1983 и 1989 гг.), а также на многочисленных межотраслевых, отраслевых и межвузовских научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах.
Публикации. Из общего списка научных работ автора в количестве 129 наименований по теме диссертации опубликовано 113 работ, в том числе 2 монографии (соответственно по материалам 1- и 2-й частей диссертационной работы) и 2 монографических обзора. На технические решения, изложенные в диссертации, получены 15 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения. Работы по 1-й части диссертации, материалы которых обобщены в монографии [7], в библиографию диссертации не включены.
Личный вклад соискателя. Работы [19,46,47,48], в том числе одна монография [46], выполнены без соавторов. В обобщающей материалы первой части диссертационной работы монографии [7] автором написано 10 глав (1,2,9-16) из 16. В 33 работах [1-Ю, 13, 14,16, 17,20, 23,25-27, 31-35, 37-45], выполненных в соавторстве, личное участие автора состояло в постановке задач исследований, разработке и выборе методов их решения, анализе полученных теоретических и экспериментальных результатов. В остальных 11 публикациях [11,12, 15,18,21, 22,24, 28-30, 36] вклад соискателя равен вкладу остальных авторов. Все работы, материалы которых использованы в диссертации, выполнялись под руководством и при личном участии автора.
