Вплив теплових процесів на стабільність частоти коливань у багаторезонаторних магнетронних автогенераторах - Автореферат

Магнетронні автогенератори належать до джерел НВЧ випромінювання, постійний інтерес до яких не слабшає впродовж багатьох років завдяки їх широкому застосуванню у різних радіоелектронних системах (РЕС) (оглядові, доплерівські і метео-РЛС і т. ін.), а також у системах звязку і апаратурі для проведення наукових досліджень у хімії, фізиці, біології, медицині, харчовому виробництві і побутовій сфері (НВЧ нагрівання). В першу чергу це стосується поліпшення частотних характеристик, включаючи підвищення частоти генерації до 100 ГГЦ і вище, її стабільності, зниження електронного зсуву частоти, затягування частоти і температурного коефіцієнта частоти, розширення діапазону і швидкості перебудови частоти, поліпшення якості спектра вихідного сигналу (знижені рівні шумів, побічних і паразитних коливань). Ґрунтуючись на результатах фундаментальних досліджень, отриманих у “харківській” і “саратовській” школах математичного моделювання приладів магнетронного типу, а також окремими авторами, необхідно розвивати нові підходи і методи розрахунку електродинамічних характеристик резонансних кільцевих уповільнюючих систем, дослідженні впливу емісійних характеристик катодів різних типів (зокрема безнакальних вторино-емісійних автокатодів) на електронний механізм взаємодії, використання нових матеріалів і вдосконалення технології застосування різних видів електронної емісії, включаючи комбінацію таких видів. Вперше розроблено двовимірну багатоперіодну математичну модель магнетронного автогенератора з урахуванням впливу теплових втрат на катоді та аноді (випадок одновидового і одночастотного наближень), а також аналітичну теплову модель системи “катод-анод” магнетронного автогенератора для її застосування у складі двовимірної багатоперіодної математичної моделі магнетрона. Вперше проведено математичне моделювання нелінійної взаємодії замкнутого електронного потоку з ВЧ полем уповільнюючої резонансної системи в магнетронному автогенераторі методом крупних частинок з урахуванням впливу процесів теплообміну на катоді, а також дістали подальший розвиток питання впливу теплових процесів на катоді (додатковий розігрів катода вторинними електронами) на частотні характеристики (девіацію частоти) безперервного магнетрона в умовах дії термо-і вторинної електронних емісій.Розглянуто різні шляхи підвищення стабілізації частоти в магнетронних автогенераторах, включаючи підходи і методи, засновані на застосуванні стабілізуючих високодобротних зовнішніх резонаторах (обернуті, коаксіальні і обернено-коаксіальні магнетрони), а також різних відстежувальних систем, у яких частота генерації магнетрона порівнюється з частотою опорного генератора (фазове автоматичне підстроювання частоти (ФАПЧ)). Серед існуючих теоретичних підходів до дослідження фізичних процесів у магнетронних автогенераторах розглянуто різні методи математичного моделювання, зокрема аналітичні: метод еквівалентних схем і різні варіанти методів заданого поля і струму, та чисельні (метод крупних частинок (Particle-in-Cell (PIC) Method)). Розвязання даної системи рівнянь дозволяє визначити амплітуду і фазу (частоту) “гарячого” ВЧ поля у різних режимах роботи магнетронного автогенератора, а також можливість (або умови) формування вузькополосного сигналу з амплітудною та частотною (або фазовою) модуляцією в смузі пропускання резонансної системи. Підсумовування енергій частинок, що покидають простір взаємодії за рахунок вильоту на катод і анод в моделі магнетрона на кожному кроці інтегрування, дозволяє оцінити сумарну енергію, яка виділяється на катоді і аноді у вигляді тепла: , (3) де маса крупної частинки; коефіцієнт укрупнення (); період ВЧ коливань; кількість частинок, що вилітають на катод або анод протягом ВЧ періоду. Для кількісного визначення динаміки зміни температури катода або анода в різних режимах роботи магнетрона скористаємося лінійним рівнянням теплопровідності: , (4) де - коефіцієнт температуропроводності, що характеризує швидкість вирівнювання температури в нерівномірно нагрітому електроді; - щільність матеріалу електроду; С - питома теплоємність; l - коефіцієнт теплопровідності; T - температура; потужність, що виділяється на катоді (завдяки розжаренню і зворотного бомбардування катода електронами) або аноді (завдяки бомбардуванню анода електронами); потужність, що відводиться від катода або анода за рахунок теплопровідності, тепловипромінювання і випаровування матеріалу катода або анода.У дисертаційній роботі вирішується актуальна наукова задача, яка полягає в встановленні фізичних закономірностей впливу теплових процесів на частотні характеристики (девіацію частоти) магнетронних автогенераторів в умовах постійної зміни емісійної активності катода, розвитку методології математичного моделювання фізичних процесів нелінійної взаємодії в магнетронних автогенераторах з урахуванням впливу процесів теплообміну. Вперше розроблено двовимірну багатоперіодну математичну модель магнетрона з урахуванням впливу процесів тепловиділення і теплообміну між катодом і анодом. Показано, що к

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ