автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Двухмодовые пространственно-развитые двухзазорные резонаторы для многолучевых приборов клистронного типа

На правах рукописи

КОРЧАГИН Алексей Игоревич

ДВУХМОДОВЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАЗВИТЫЕ ДВУХЗАЗОРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО ТИПА

Специальность 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2013

* РГ\' 2013

005542235

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

доктор технических наук, профессор, Царев Владислав Алексеевич-

Григорьев Юрий Алексеевич -доктор физико-математических наук, профессор, ФГБУН «Институт радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН», Саратовский филиал

Рыскин Никита Михайлович -доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского» профессор кафедры нелинейной физики

Открытое акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Алмаз» (ОАО «НПП «Алмаз»), г. Саратов

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат разослан «. £5 .» ноября 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь f Av, л

диссертационного совета I Хм/Pr- Димитрюк A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В последние годы во всем мире проявляется значительный интерес к разработке мощных многолучевых электровакуумных СВЧ приборов клистронного типа - клистронов (MJIK) и клистродов (МЛКД).

Преимуществами таких приборов по сравнению с однолучевыми приборами этого класса, являются более низкие рабочие напряжения, высокий электронный КПД, широкая полоса усиления, малые габариты и масса. Благодаря этим преимуществам MJ1K и МЛКД находят все более широкое применение в различных информационных и телекоммуникационных системах (например, в телевизионных передатчиках и в специальных системах связи и радиолокации); в устройствах промышленного СВЧ-нагрева и ускорительной технике.

Исследования возможности создания МЛК с высоким комплексом энергетических и массогабаритных параметров начались в СССР в 60-е и 70-е годы прошлого века, благодаря работам С.А. Зусмановского, C.B. Королева и др. Большой вклад в исследование и развитие МЛКД внесли российские ученые: А.Н. Королев, М.П. Лопин, К.Г. Симонов, A.B. Галдецкий, В. А. Царев и др.

Развитие электровакуумных приборов СВЧ клистронного типа на современном этапе сопровождается повышением их мощности и эффективности, расширением частотных диапазонов, использованием новых режимов работы и конструкций электродинамических систем.

Одним из таких режимов работы этих приборов является многомодовый режим, при котором взаимодействие электронов с СВЧ полем осуществляется не только на основном, но и на высших видах колебаний резонаторов, когда частоты высших типов кратны частоте основного сигнала. Многомодовые резонаторы (ММР) могут быть однозазорными и многозазорными. Наибольшие возможности для реализации многочастотного взаимодействия представляют многомодовые многоканальные двухзазорные резонаторы (ММДР).

Однако волновые и колебательные процессы, сопровождающие усиление или самовозбуждение колебаний в мощных МЛК и МЛКД, недостаточно изучены. ММДР характеризуются наличием сложной геометрии и требуют высокой точности расчета и оптимального выбора комплекса электронных и электродинамических параметров на основной и высших модах колебаний. В связи с вышеизложенным появляется необходимость в разработке новых типов двухрежимных СВЧ многолучевых приборов клистронного типа (клистронов, клистродов) и создание новых типов многомодовых двухзазорных фрактальных резонансных систем для этих приборов. При этом возникает необходимость в исследовании комплекса электронных и

электродинамических свойств таких систем с учетом многомодовости взаимодействия электромагнитных полей с многолучевым потоком.

Однако принципы построения многолучевых клистронов и клистродов на ММДР не определены. В частности, не определены критерии выбора конкретного типа резонатора, а также не проведено сравнение параметров разных модификаций ММДР, ориентированных на применение в разных частотных диапазонах. В настоящее время исследованы только простейшие конструкции двухмодовых резонаторов с плотной упаковкой лучей в пределах одной пролетной трубы. Фрактальные двухзазорные многомодовые резонаторы, применение которых дает дополнительную свободу выбора количества многолучевых пролетных труб и уменьшает габариты, совершенно не изучены.

Целью работы является разработка и исследование новых типов многоканальных двухзазорных пространственно-развитых резонаторов (МДПР), предназначенных для применения в многолучевых СВЧ приборах с двухмодовым режимом работы на основном и высших видах колебаний.

Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:

- исследование поведения комплекса электронных и электродинамических параметров для основного и высших видов колебаний в двухзазорных многоканальных аксиально-несимметричных резонаторах и поиск способов управления спектром этих колебаний для настройки на две заданные рабочие частоты;

- оптимизация многоканальных двухмодовых резонаторов различных форм по комплексу электродинамических, электронных и массогабаритных параметров;

- поиск путей устранения неоднородности ВЧ электрического поля в продольном и поперечном сечениях распределенного пространства взаимодействия многоканальных двухзазорных резонаторах;

- оценка энергетических, массогабаритных и эксплуатационных параметров двухрежимных микроволновых приборов клистронного типа;

- выработка практических рекомендаций для создания новых типов многолучевых двухрежимных приборов с улучшенными, по сравнению с магнетронами, выходными и эксплуатационными характеристиками.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые:

1. Исследованы закономерности поведения основного и высших видов колебаний во фрактальных двухзазорных многоканальных резонаторах «древовидного» типа, построенные на основе детерминированных нерегулярных структур - древовидных фракталов Пифагора. Показана возможность независимого управления частотами собственных видов колебаний в этих резонаторах, что необходимо для достижения условий

кратности основного и высших видов колебаний и повышения эффективности взаимодействия с пучками на кратных частотах.

2. Для приборов клистронного типа с многолучевыми электронными потоками найдены оптимальные, пригодные для эффективного взаимодействия на двух модах, соотношения электродинамических, электронных и массогабаритных параметров и конструкции пространственно-развитых двухзазорных резонаторов.

3. Найдены значения электронных параметров и определены формы электродов резонаторов, позволяющие уменьшить неодородность ВЧ электрического поля в радиальном и продольном направлениях двойного пространства взаимодействия и улучшить эффективность обмена энергией между многолучевым потоком и электромагнитными полями в двухмодовом режиме.

4. Показана возможность повышения комплекса энергетических, массогабаритных и эксплуатационных параметров новых двухмодовых источников СВЧ энергии за счет применения двухзазорных многоканальных резонаторов, возбуждаемых одновременно на двух рабочих частотах, вместо известных однозазорных колебательных систем.

Достоверность полученных результатов обеспечивается построением математических моделей на основе фундаментальных исходных уравнений вакуумной СВЧ электроники и законов электродинамики, корректностью упрощающих предположений, соответствием результатов расчета и решений тестовых задач, а также соответствием расчетных и экспериментальных данных, полученных с помощью современной измерительной аппаратуры.

Практическая значимость состоит в следующем:

1. Предложенные и исследованные конструкции пространственно-развитых двухзазорных резонаторов с кратными резонансными частотами и способы их настройки на бигармонические режимы работы могут быть использованы для создания новых типов двухрежимных СВЧ клистродов и клистронов, перспективных для применения в системах связи, радиолокации и ускорительной технике.

2. Найденные условия достижения кратности основного (противофазного) и высшего (синфазного) видов колебаний для фрактальных двухзазорных резонаторов позволяют реализовать в СВЧ приборах клистронного типа режимы несинусоидальной скоростной модуляции, режимы умножения частоты, а также режим двухчастотного усиления сигнала с повышенным в 3-5 раз комплексом электронных и массогабаритных параметров.

3. Полученные в ходе исследований знания по электродинамическим свойствам исследованных аксиально-несимметричных резонансных систем и особенностям их взаимодействия с электронным потоком могут быть использованы в учебном процессе вузов страны, ведущих подготовку

резонаторов выявил целесообразность создания новых типов фрактальных пространственно-развитых резонаторов, отличающихся уменьшенными габаритами и возможностью управления спектром частот основного и первого высшего видом колебаний для получения заданного отношения этих частот. Однако в современной СВЧ-электронике нет системных знаний по электродинамическим свойствам сложных двухзазорных многоканальных фрактальных резонансных систем и особенностям физических процессов их взаимодействия с многолучевым электронным потоком, которые можно было бы использовать при создании новых типов двухчастотных микроволновых нагревателей с повышенным комплексом энергетических, массогабаритных и эксплуатационных параметров.

Отсутствуют рекомендации по выбору оптимальных параметров и конструкции резонаторов, обеспечивающих работу гибридных приборов клистронного типа (генераторов и умножителей частоты) с высоким КПД при взаимодействии с электронным потоком разных конфигураций одновременно на двух рабочих частотах.

По результатам проведенного анализа публикаций сформулированы цель и задачи настоящей диссертационной работы.

Вторая глава посвящена методике расчета электродинамических характеристик и электронных параметров конструкций двухзазорных пространственно-развитых резонаторов (ДПР), предназначенных для работы в двухмодовом режиме. В настоящее время для моделирования процессов взаимодействия в приборах СВЧ широко используются программы численного моделирования во временной и частотной областях, например, CST Microwave Studio (CST MWS). Однако при моделировании ДПР, содержащих поверхности сложной кривизны, необходимо иметь слишком мелкую сетку и большое число ячеек, что выдвигает неоправданно большие требования к вычислительным ресурсам. Поэтому для описания и оптимизации электродинамических и электронных процессов в многомодовых приборах СВЧ использовалась комбинированная методика расчета, включающая иерархию моделей разного уровня точности. Так, для расчета электродинамических параметров ДПР на высшем (синфазном) виде колебаний в работе использовалась двумерная полевая модель, лежащая в основе широко используемой в инженерной практике программы численного моделирования аксиально-симметричных систем «AZIMUTH», а для расчета параметров на противофазном виде колебаний использовалась модель, основанная на распространении ТЕМ-волны в виде эквивалентной длинной линии. Эти модели применялись при решении задач оптимизации параметров на двух модах. Более строгие трехмерные полевые модели применялись для проверки полученных результатов.

Исходя из общей теории клистрона (с использованием методов теории подобия), для оценки эффективности многоканальных резонансных

добротности резонатора, а также более высокий коэффициент качества (табл. 2).

Табл. 2. Сравнительные параметры классической и измененной структур двухзаэорного четвертьволнового полоскового резонатора

Параметр Классическая структура Модернизированная структура

ПФ вид СФ вид ПФ вид СФ вид

Добротность, Со 3038.6 7437.7 3750.5 8858.4

Характеристич. сопротивление, р,- Ро = 146 Ро = 125 Ро = 177 Ро = 168

Р1 = 124 Р1 = 104 рг = 125 р1 = 138

р2 = 144 р2 = 110 р2 = 176 р2 = 147

р3 = 180 Рз = Н4 Рз = 223 Рз = 1"

Коэф. кач.. Ккач 3.167 0.927 3.289 1.213

Чс9>

Рис. 7 Нумерация каналов центрального электрода (втулки).

Значительно улучшить массогабаритные и электрические характеристики многомодовых приборов можно за счет применения фрактальных двухзазорных резонаторов (рис. 8).

1 - корпус резонатора,

2-боковые крышки,

3- опорный проводник,

4- опорные прово дники-«ветки»;

5- втулки;

6- отверстия для пролета электронов;

7- пролетные трубы

Рис. 8. Схема перехода от идеального «древовидного» фрактала к реальному резонатору

Установлено, что в одной и той же конструкции ФДР, также как в однолучевой конструкции двухзазорного резонатора, возможно независимое управление частотами низших противофазной и синфазной мод без изменения формы корпуса резонатора, а также размеров области пространства взаимодействия. Как видно из рис.96, частотой синфазного вида можно управлять, добиваясь кратности к = 4 за счет изменения глубины погружения в объем резонатора радиальных ребер (Д= 5), а изменение частоты противофазного вида можно регулировать, добиваясь их кратности к = 3, путем изменения ширины ребер в продольном направлении (Д— а).

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

ИМ. ГАГАРИНА Ю. А.

На правах рукописи

04201455264

КОРЧАГИН АЛЕКСЕЙ ИГОРЕВИЧ

ДВУХМОДОВЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-РАЗВИТЫЕ ДВУХЗАЗОРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ДЛЯ МНОГОЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО ТИПА

Специальность 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: соискателя доктор технических наук.

профессор Царев В. А.

Саратов 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...........................................................................................................................4

Глава 1. Многомодовые режимы взаимодействия в СВЧ приборах клистронного

типа..................................................................................................................................11

1.1 Классификация СВЧ приборов клистронного типа.....................................11

1.1.1 Клистроны.............................................................................................11

1.1.2 Гибридные приборы.............................................................................15

1.3 Резонаторы для двухмодовых СВЧ приборов клистронного типа............27

1.5 Выводы.............................................................................................................34

1.6. Задачи исследований......................................................................................35

Глава 2. Оценка эффективности многомодовых двухзазорных резонаторов по комплексу электрических и массогабаритных параметров......................................37

2.1 Критерии оценки эффективности двухмодовых двухзазорных многоканальных резонаторных систем...............................................................37

2.2 Критерий устойчивости двухзазорных резонаторов к тепловым нагрузкам .................................................................................................................................40

2.3 Выводы.............................................................................................................48

Глава 3. Трехмерное моделирование резонансных систем с разной формой корпуса и плотностью упаковки каналов....................................................................49

3.1 Многолучевые двухзазорные двухмодовые резонаторы полоскового типа .................................................................................................................................50

3.1.1 Результаты моделирования.................................................................51

3.1.2 Уменьшение неоднородности ВЧ электрического поля в зазорах резонаторов полоскового типа.....................................................................56

3.2 Пятнадцатилучевые двухзазорные двухмодовые резонаторы фрактального типа....................................... ..........................................................60

3.2.1 Синтез режима с кратными резонансными частотами.....................62

3.2.2 Моделирование резонансной системы...............................................68

3.3 Двадцатилучевые двухзазорные двухмодовые резонаторы фрактального типа..........................................................................................................................69

3.3.1 Синтез режима с кратными резонансными частотами.....................71

3.3.2 Моделирование резонансной системы...............................................73

3.3.3 Уменьшение неоднородности ВЧ электрического поля в зазорах резонаторов фрактального типа...................................................................75

3.4 Выводы.............................................................................................................77

Глава 4. Оценка выходных параметров двухрежимных многолучевых приборов 78

4.1 Двухрежимный многолучевой клистрод - умножитель частоты...............78

4.4.1 Оценка выходных параметров многолучевого клистрода -умножителя с двухзазорными двухмодовыми фрактальными резонаторами..................................................................................................79

4.1.2 Расчет триодной части клистрода.......................................................82

4.1.3 Расчет электронных параметров промежуточного резонатора.......83

4.1.4 Расчет электронных параметров выходного резонатора.................86

4.2 Двухрежимный клистрон для устройств СВЧ нагрева...............................89

4.2.1 Оценка выходных параметров двухрежимного клистрона.............90

4.3 Рекомендации...................................................................................................94

Заключение.....................................................................................................................96

Список сокращений и условных обозначений.........................................................101

Словарь терминов........................................................................................................104

Список литературы......................................................................................................108

Введение

В последние годы во всем мире проявляется значительный интерес к разработке мощных многолучевыхэлектровакуумныхСВЧприборов клистронного типа- клистронов (МЛК)и клистродов (МЛКД).

Преимуществами таких приборов, по сравнению с однолучевыми приборами этого класса, являютсяболеенизкиерабочие напряжения, высокий электронный КПД, широкая полоса усиления, малыегабариты и масса. Благодаря этим преимуществам МЛК и МЛКД находят все более широкое применение в различных информационных и телекоммуникационных системах (например, втелевизионных передатчиках и в специальных системах связи и радиолокации);вустройствах промышленного СВЧ-нагрева и ускорительной технике.

Исследованиявозможности создания МЛК с высоким комплексом энергетических и массогабаритных параметров начались в СССРв 60-е и 70-е годы прошлого века, благодаря работам С.А. Зусмановского, C.B. Королева и др. Большой вклад в исследование и развитие МЛКД внесли российские ученые: А.Н. Королев, М.П. Лопин, К.Г. Симонов, A.B. Галдецкий, В. А. Царев, и др.

Развитие электровакуумных приборов СВЧклистронного типана современном этапе сопровождается повышением их мощности и эффективности, расширением частотных диапазонов, использованием новых режимов работы и конструкций электродинамическихсистем.

Одним из таких режимов работы этих приборов является многомодовый режим, при котором взаимодействие электронов с СВЧполем осуществляется не только на основном, но и на высших видах колебаний резонаторов, когда частоты высших типов кратны частоте основного сигнала.Многомодовые резонаторы(ММР)могут быть однозазорными и многозазорными. Наибольшие возможности для реализации многочастотного взаимодействия представляют многомодовые многоканальныедвухзазорные резонаторы (ММДР).

Однако волновые и колебательные процессы, сопровождающие усиление или самовозбуждение колебаний в мощных МЛК и МЛКДнедостаточно изучены.ММДРхарактеризуются наличием сложной геометрии и требуют высокой точности расчета и оптимального выбора комплекса электронных и электродинамических параметров на основной и высших модах колебаний.В связи с вышеизложенным, появляется необходимость в разработке новых типов двухрежимных СВЧ многолучевых приборов клистронного типа (клистронов, клистродов), и создание новых типов многомодовых двухзазорных фрактальных резонансных систем для этих приборов. При этом возникает необходимость в исследовании комплекса электронных и электродинамических свойств таких систем с учетом многомодовости взаимодействия электромагнитных полей с многолучевым потоком.

Однако принципы построениямноголучевых клистронов и клистродов на ММДР не определены. В частности, не определены критерии выбора конкретных типов резонаторов, а также не проведено сравнения параметров разных модификаций ММДР, ориентированных на применение в разных частотных диапазонах. В настоящее время исследованы только простейшие конструкции двухмодовыхрезонаторов с плотной упаковкой лучей в пределах одной пролетной трубы. Фрактальные двухзазорныемногомодовые резонаторы, применение которыхдает дополнительную свободу выбора количества многолучевых пролетных труб и уменьшает габариты, совершенно не изучены.

Основной целью работы является разработка и исследование новых типов многоканальных двухзазорных пространственно-развитых резонаторов (МДПР), предназначенных для применения в многолучевых СВЧ приборах с двухмодовым режимом работы на основном и высших видах колебаний.

Для достижения поставленных целей в работе решались следующие задачи:

исследование поведения комплекса электронных и электродинамических параметров для основного и высших видов колебаний в двухзазорных многоканальных аксиально-несимметричных резонаторах и поиск способов управления спектром этих колебаний для настройки на две заданные рабочие частоты;

оптимизация многоканальных двухмодовых резонаторов различных форм по комплексу электродинамических, электронных и массогабаритных параметров;

поиск путей устранения неоднородности ВЧ электрического поля в продольном и поперечном сечениях распределенного пространства взаимодействия многоканальных двухзазорных резонаторах;

оценка энергетических, массогабаритных и эксплуатационных параметров двухрежимных микроволновых приборов клистронного типа;

выработка практических рекомендаций для создания новых типов многолучевых двухрежимных приборов с улучшенными, по сравнению с магнетронами, выходными и эксплуатационными характеристиками.

Объектом исследования являются многомодовые двухзазорные пространственно-развитые резонансные системы, используемые в многолучевых СВЧ приборах клистронного типа (клистронах и клистродах), использующихмодуляцию потока заряженных частиц по плотности и по скорости.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые:

1. Исследованы закономерности поведения основного и высших видов колебаний во фрактальных двухзазорных многоканальных резонаторах «древовидного» типа, построенные на основе детерминированных нерегулярных структур — древовидных фракталов Пифагора. Показана возможность независимого управления частотами собственных видов колебаний в этих резонаторах, чтонеобходимо для достижения условий кратности основного и

высших видов колебаний и повышения эффективности взаимодействия с электронным потоком на кратных частотах.

2. Для приборов клистронного типа с многолучевыми электронными потоками найдены оптимальные, пригодные для эффективного взаимодействия на двух модах, соотношения электродинамических, электронных и массогабаритных параметров и конструкции пространственно-развитых двухзазорных резонаторов.

3. Найдены значения электронных параметров и определены формы электродов резонаторов, позволяющие уменьшить неодородность ВЧ электрического поля в радиальном и продольном направлениях двойного пространства взаимодействия и улучшить эффективность обмена энергией между многолучевым потоком и электромагнитными полями в двухмодовом режиме.

4. Показана возможность повышениякомплекса энергетических, массогабаритных и эксплуатационных параметровновых двухмодовых источников СВЧ энергии за счет применениядвухзазорных многоканальных резонаторов, возбуждаемых одновременно на двух рабочих частотах, вместо известных однозазорных колебательных систем.

Достоверность полученных результатов обеспечивается построением математических моделей на основе фундаментальных исходных уравнений вакуумной СВЧ электроники и законов электродинамики, корректностью упрощающих предположений, соответствием результатов расчета и решений тестовых задач, а также соответствием расчетных и экспериментальных данных, полученных с помощью современной измерительной аппаратуры.

Практическая значимостьработы состоит в следующем:

1. Предложенные и исследованные конструкции пространственно-развитых двухзазорных резонаторов с кратными резонансными частотами и способы их настройки на бигармонические режимы работы могут быть использованы для создания новых типов двухрежимных СВЧ клистродов и клистронов,

перспективных для применения в системах связи, радиолокации и ускорительной технике.

2. Найденные условия достижения кратности противофазного (основного) исинфазного (высшего) видов колебаний для фрактальных двухзазорных резонаторов позволяют реализовать в СВЧ приборах клистронного типа режим умножения частоты, режим несинусоидальной скоростной модуляции, а также режим двухчастотного усиления сигналас повышенным в 3-5 раз комплексом электронных и массогабаритных параметров.

3. Полученные в ходе исследований, знания по электродинамическим свойствам исследованных аксиально-несимметричных резонансных систем и особенностям их взаимодействия с электронным потоком могут быть использованы в учебном процессе ВУЗов страны, ведущих подготовку молодых специалистов по направлению «Электроника и наноэлектроника».

Реализация результатов работы.

В настоящее время результаты работыприменяются в учебном процессе на кафедре «Электронные приборы и устройства» СГТУ им. Гагарина Ю.А. при чтении лекционных курсов в рамках дисциплин «Новые типы электровакуумных приборов», «Микроволновые приборы и устройства», а также при курсовом и дипломном проектировании бакалавров и магистров по направлению «Электроника и наноэлектроника».

Материалы, приведенные в работе, использованы при выполнении НИОКР по теме «Исследование физических процессов в мощных многолучевых СВЧ электровакуумных приборах с электродинамическими системами, выполненными на основе многомодовых резонаторов», выполненной при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 14.В37.21.0909.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Предложенный критерий оценки эффективности резонаторов многолучевых приборов, включающий в себякомплекс электронных, электродинамических и геометрических параметров, позволяет найти оптимальную конструкцию резонансной системы для многолучевых двухмодовых СВЧ приборов клистронного типа, обеспечивающуюмаксимальную величину отношения коэффициента усиления на единицу массы.

2. Уменьшения на 5-10%степенинеоднородности ВЧ электрического поля вразных пролетных каналах в четвертьволновыхдвухзазорных многоканальных резонаторах полоскового типас плотным расположением пролетных каналов можнодостичь за счетперехода от прямоугольной к клиновидной формецентрального электрода (втулки) и боковых крышек.Оптимальным углом наклона кромок втулки, обеспечивающим равномерное распределение напряженности поляодновременно на противофазном и синфазном видах колебаний является 20°.

3. В двухзазорных фрактальных резонаторах «древовидного» типа, отличающихся многомодовостью, миниатюрностью и высоким характеристическим сопротивлением, возможно управление пространственно-частотными характеристиками без изменения внутреннего объема и формы корпуса резонатора, что позволяет использовать такие конструкции при разработкереконфигурируемых двухмодовых резонаторныхсистем с кратностью частотЗ и 4.

4. Уменьшения на 5-10%степенинеоднородности ВЧ электрического поля вразных пролетных каналах в двухзазорных фрактальных резонаторах «древовидного» типа одновременно на противофазном и синфазном видах колебанийвозможно добиться при угле наклона боковых крышек около 5°.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 6 конференциях:

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2010);

XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2011);

XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2012);

XXVI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2013);

Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2010);

Всероссийской научно-технической конференции «Микроэлектроника СВЧ» (Санкт-Петербург, 2012).

Также результаты диссертационной работы были представлены на Международной научно-технической конференции

«ШЕЕШегпайопа^асиитЕксй-ошсзСопГегепсе» (Бангалор, Индия, 2010).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения,содержит 115 страниц, включая 5 таблиц, 80 рисунков, 62 формулы, список использованной литературы состоит из 69 наименований.

Глава 1.Многомодовые режимы взаимодействия в СВЧ приборах

клистронного типа

1.1 Классификация СВЧ приборов клистронного типа

Микроволновые приборы клистронного типа [1,2,3], к которым относятся клистроны и клистроды,применяются в различных областях науки и техники: радиолокации, радиовещании, телевидении, телеметрической связи, радиоастрономии, радиоспектроскопии, ядерной физике (ускорителях элементарных частиц); а также в устройствах СВЧ энергетики и медицинской технике.

Улучшение комплекса выходных параметров этих приборов: увеличение КПД, расширение полосы частот, уменьшение габаритов и массы было и остается в настоящее время одним из направлений дальнейшего совершенствования этого класса приборов.

1.1.1 Клистроны

Одна их главных особенностей клистрона - возможность получения очень больших мощностей в импульсном и непрерывном режимах [4,5]. Объясняется это тем, что при хорошей фок