автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов гибридных и генераторных приборов клистронного типа

□03053305

ПАШКОВ Андрей Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОЛЯМИ РЕЗОНАТОРОВ ГИБРИДНЫХ И ГЕНЕРАТОРНЫХ ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО ТИПА

Специальность 05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Рязань-2007

003053305

Работа выполнена в ГОУВПО "Рязанский государственный радиотехнический университет"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Федяев Валерий Кузьмич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Петров Дмитрий Михайлович

кандидат технических наук, доцент Юдаев Юрий Алексеевич

Ведущая организация:

ФГУП "НПП "Торий", г. Москва

Защита состоится " 27 " февраля 2007 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д212.211.03 в ГОУВПО "Рязанский государственный радиотехнический университет" по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, д. 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУВПО "Рязанский государственный радиотехнический университет".

Автореферат разослан " января 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.211.03

диь^^хацнипли! и а / ^ I 1 1 .V/-' ^—-----

д-р техн. наук, профессор ^ _ ^ ^мл-г1 Колотили»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие многих отраслей техники связано с совершенствованием параметров и конструкций электронных приборов сверхвысоких частот. Совершенствование существующих и разработка новых приборов СВЧ с улучшенными массогабаритными и эксплуатационными параметрами всегда было и остается актуальной проблемой электроники СВЧ. Одними из самых многочисленных и распространенных приборов СВЧ О-типа являются приборы клистронного типа.

К приборам клистронного типа можно отнести приборы СВЧ О-типа с прямолинейными потоками, в которых формируются сгустки электронов и преобразование энергии сгустков в энергию выходного сигнала присходит в резонаторе. Разновидности таких приборов будут отличаться способом формирования сгустков. Таким образом, к приборам клистронного типа наряду с классическими пролетными и отражательными клистронами можно отнести гибридные приборы: лампу Гаева, тристрон, клистрод, ЮТ, светрод, истрод и генераторные приборы: монотрон, диотрон, генератор на двухзазорном резонаторе.

За рубежом гибридные двухрезонаторные приборы, прототипом которых является лампа Гаева, под названием клистрод и ЮТ выпускаются в США и Англии для передатчиков телевизионных станций. Они признаны наиболее перспективными для цифрового телевидения. В России опытные образцы гибридных приборов в отечественном многолучевом исполнении под названием светрод изготовлены в ФГУП "НПП "Светлана" В.В. Яковен-ко и под названием истрод созданы в ФГУП "НПП "Исток" М.И. Лопиным. Первые образцы гибридных приборов с промежуточным резонатором и до-группировкой исходных сгустков - тристроны были изготовлены, теоретически и экспериментально обследованы в 60-х годах прошлого века в ЛЭТИ (теперь СПб ТЭТУ) А.Д. Сушковым и В.К. Федяевым. Первый экспериментальный образец многолучевого телевизионного тристрона был изготовлен в ФГУП "НПП "Контакт" В.А. Царевым.

Физические процессы в гибридных приборах клистронного типа значительно сложнее, чем в обычных клистронах. Возможно поэтому исследования физических процессов, определяющих принцип работы гибридных приборов путем математического моделирования, находятся на начальном этапе.

В настоящее время появился повышенный интерес к автогенераторам СВЧ простейшей конструкции. Примером может служить серия публикаций Дж. Баррозо по расчету монотронов. Альтернативой монотронам могут быть автогенераторы на резонаторах с двойным зазором. Возможность практической реализации таких автогенераторов была показана в 1963 г. В.П. Пановым и А.Н. Балябиным, на резонаторе с ленточным лучом был получен КПД 2%. В последнее время публикаций по исследованию процессов в автогенераторах на резонаторах с двойным зазором нет. Действующих современных образцов автогенераторов на одиночных или двойных зазорах тоже нет.

Особенностью гибридных и генераторных приборов является то, что они работают в существенно нелинейных режимах, когда амплитуды переменных токов и напряжений сравнимы или больше их постоянных составляющих. Поэтому выходные параметры таких приборов определяются нелинейными процессами взаимодействия электронов с полями резонаторов. Исследование этих процессов для определения параметров области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих максимальные значения КПД новых гибридных и генераторных приборов клистронного типа, является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов гибридных и генераторных приборов клистронного типа для выявления параметров области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих режимы с максимальным КПД, и использование полученных результатов для проектирования гибридных приборов клистронного типа.

Достижение этой цели требует решения нескольких взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

- анализ известных конструкций приборов клистронного типа, существующих методов расчета процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов;

- создание единой для всех гибридных и генераторных приборов клистронного типа численно-аналитической математической модели взаимодействия электронов с полями резонаторов и программного обеспечения для оперативного расчета этих приборов в линейных и нелинейных режимах;

- исследование с использованием разработанной модели нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов в ряде новых перспективных приборах (кпистродах и тристронах с одно- и двухзазорными резонаторами, автогенераторах простой конструкции на одном резонаторе с одним и двумя зазорами взаимодействия);

- выработка на основе этих исследований рекомендаций по выбору параметров и режимов работы области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих максимальные значения КПД в гибридных приборах клистронного типа и автогенераторах простой конструкции.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые:

1) для гибридных и генераторных приборов клистронного типа разработана численно-аналитическая математическая модель процессов взаимодействия электронов с полями СВЧ зазоров. Сочетание численных и аналитических методов позволило создать быстродействующую программу экспресс-анализа, которая, в отличие от программ, основанных на полностью численных методах, позволяет оперативно анализировать процессы взаимодействия электронов с полями СВЧ зазоров;

2) оптимизированы по КПД режимы и размеры области взаимодействия выходных одно- и двухзазорных резонаторов клистродов и тристронов при раз-

ных углах отсечки катодного тока. Получены следующие предельные значения электронного КПД при рекомендованном угле отсечки 90°:

- 82% для клистрода с однозазорным резонатором;

- 86% для клистрода с двухзазорным резонатором на тс-виде колебаний;

- 89% для тристрона с однозазорным резонатором;

- 92% для тристрона с двухзазорным резонатором на 7г-виде колебаний;

3) определены максимальные значения электронного КПД автогенераторов на резонаторе с двумя зазорами взаимодействия:

- для резонатора с идентичными зазорами максимальное значение электронного КПД на тс-виде колебаний соответствует второй зоне генерации и составляет 28%, для нулевого вида - первой зоне и составляет 29%;

- для резонатора с зазорами разной длины максимальное значение электронного КПД нал-виде колебаний составляет 51%.

С использованием численно-аналитической математической модели электронных процессов взаимодействия в СВЧ зазорах получены частично новые научные результаты. Установлено, что:

1) СВЧ зазор в режиме большого сигнала может быть эффективным группирователем электронов, конвекционный ток внутри зазора конечной длины при универсальном параметре нелинейности 5 >0,5 может быть больше, чем в пространстве группирования при синусоидальной скоростной модуляции бесконечно узким зазором и достигает значения 1,48/0 при 5 = 1;

2) активная и реактивная составляющие электронной проводимости в нелинейном режиме существенно зависят от параметра 8, электронная проводимость в областях отрицательных значений, где возможна автогенерация, уменьшается по абсолютной величине с ростом 5 от малосигнальных значений до 0, а затем становится положительной;

3) электронный КПД в зонах автогенерации монотрона зависит от 8, имеются оптимальные значения 8, при которых КПД максимален и составляет 18% при 5=0,5 в первой зоне и 14% при 8=0,3 во второй зоне генерации.

Научно-практическая ценность результатов работы.

1. Разработаны рекомендации по выбору параметров области взаимодействия резонансных систем для обеспечения максимальных по КПД режимов работы гибридных приборов. Установлено, что при угле отсечки 90°:

- в клистроде с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 82% приведенная длина зазора должна составлять £ = л/ 4 при нормированной амплитуде напряжения с, = 1,2;

- в клистроде с двухзазорным выходным резонатором на тг-виде колебаний для получения максимального электронного КПД 86% приведенные длины зазоров должны составлять Д,= л2 = тт/4 при £,=£2=о,6 и нормированном расстоянии между центрами зазоров ьц = 2 рад;

- в тристроне с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 89% приведенная длина зазора должна со-

ставлять Л = я / 4 при нормированной амплитуде напряжения = 1,25;

- для тристрона с двухзазорным резонатором на тг-виде колебаний для получения максимального электронного КПД 92% приведенные длины зазоров должны составлять £>|=£>2=я/4 при ^, = ^2=0,7 и нормированном расстоянии между центрами зазоров ьц =1,76 рад.

2. Проведено проектирование области взаимодействия многолучевого телевизионного тристрона на выходную мощность 12 кВт, с использованием полученных результатов в ФГУП "НЛП "Контакт" изготовлен опытный образец телевизионного тристрона.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы: 1) использованы в ФГУП "НПП "Контакт" и СГТУ (г. Саратов) при разработке многолучевого телевизионного тристрона; 2) используются в ФГУП "НПП "Исток" при разработке автогенераторов на одиночном и двойном зазоре; 3) используются в учебном процессе РГРТУ: в лекционном курсе, лабораторных работах и курсовой работе по магистерской программе "Приборы с комбинированным управлением током".

Достоверность полученных результатов обеспечивается: фундаментальностью исходных уравнений и законов, используемых для построения математических моделей; соответствием результатов расчета по разработанной модели и результатов, полученных по другим более сложным математическим моделям; совпадением результатов расчета с результатами тестовых задач, имеющих известное аналитическое решение; совпадением результатов по монотрону с результатами других авторов, полученными разными методами в разных странах.

Положения и результаты, выносимые на защиту

1. Использование универсального параметра нелинейности плоских СВЧ зазоров, условий эквивалентности сеточных и бессеточных зазоров и функции формы тока произвольного вида позволяет проводить по единой методике, основанной на численно-аналитической математической модели, исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями СВЧ зазоров гибридных и генераторных приборов клистронного типа и получить результаты, пригодные (с погрешностью менее 5% при микроперве-ансах потока менее 0,5) для различного сочетания геометрических размеров и режимов работы зазоров резонаторов.

2. Для получения максимального электронного КПД в гибридных приборах клистронного типа с двухзазорными резонаторами в нелинейном режиме по сравнению с линейным следует существенно сокращать расстояние между серединами зазоров: в 1,6 раза (с 3,14 до 2 рад) в клистроде и в 1,8 раза (с 3,14 до 1,76 рад) в тристроне.

3. В однозазорном монотроне с однородным полем при величине конвекционного тока большей, чем в двухрезонаторном клистроне, фазовый сдвиг между максимумами конвекционного тока и тормозящего напряжения ограничивает электронный КПД на уровне 18%.

4. Электронная проводимость промежуточного резонатора тристрона, работающего в режиме с отсечкой тока, существенно зависит от фазы переменного напряжения, при которой сгустки входят в зазор, принимая при изменении фазы в пределах периода положительные и отрицательные значения, максимумы которых в 10-100 раз отличаются от их значений для однородного потока в режиме малого сигнала.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на 10 научно-технических конференциях: седьмой Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков, Санкт-Петербург, СПбГПУ, 9-11 декабря 2003 г.; девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиотехника, электроника и энергетика", Москва, МЭИ, 4-5 марта 2003 г.; научной сессии МИФИ-2004, Москва, МИФИ, 2004 г.; десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиотехника, электроника и энергетика", Москва, МЭИ, 2-3 марта 2004 г.; международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", Саратов, 15-16 сентября 2004 г.; пятнадцатой международной научно-технической конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, 12-16 сентября 2005 г.; международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", Саратов, 20-21 сентября 2006 г.; 50-й студенческой научно-технической конференции РГРТА, Рязань, 2003 г.; 38-й научно-технической конференции РГРТА, Рязань, 2004 г.; 39-й научно-технической конференции РГРТУ, Рязань, 2006 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, приложений. Ее объем составляет 164 страницы машинописного текста, включая 79 рисунков, 2 таблицы, 109 наименований цитируемых источников, из которых 14 - публикации автора диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы; сформулированы цели и задачи работы; научная новизна и практическая значимость полученных результатов; представлены сведения о реализации результатов работы; перечислены основные положения, выносимые на защиту; приведены данные об апробации результатов, объеме и структуре работы.

Первая глава представляет собой обзор литературы по гибридным и генераторным приборам клистронного типа, особенностям их конструкций и основным параметрам, характеризующим процессы взаимодействия электронов с полями резонаторов этих приборов. Показано, что для гибридных приборов (клистродов и тристронов) не исследованы в широком диапазоне изменения регулируемых величин такие параметры, определяющие результат взаимодействия электронов с полями резонаторов, как электронная проводи-

мость, коэффициенты взаимодействия по току, коэффициент скоростной модуляции, электронный КПД; не установлены научно-обоснованные требования и рекомендации по выбору режимов и размеров области взаимодействия. Для генераторных приборов клистронного типа имеются противоречивые данные о расчетных значениях КПД.

Вторая глава посвящена разработке общей для всех приборов клистронного типа численно-аналитической математической модели взаимодействия электронов с полями резонаторов.

В настоящее время появилась тенденция - для сокращения времени счета использовать численно-аналитические модели. При проектировании конкретного прибора используют быстрые программы для предварительного расчета и оптимизации, а затем сложные для доработки конструкции и уточнения параметров. Такой подход использован и в этой работе. При разработке методики расчета нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов первоначально принят ряд допущений: рассматривается одномерная задача, не учитывается пространственный заряд. В дальнейшем связанные с этим погрешности оценены проведением проверочных расчетов с использованием более сложных моделей и программ.

Исходным уравнением для исследований является уравнение движения, которое с учетом принятых допущений записывается следующим образа

зом: т—-=-еЕ, где т, е - масса и заряд электрона; г - текущая координата;

Ъг

/ - время; £ = -—-81п(ш/ + <р) - напряженность поля плоского зазора; ит - ам-¿1

плитуда переменного напряжения на зазоре; с! - ширина зазора; ш - круговая частота; <р - начальная фаза переменного напряжения на зазоре.

Для общности и универсальности анализа введены нормированные переменные: е = ш/, ^~ит/и0, ¿ = гга/г>0, о = ма7й0 - угол пролета электронов в зазоре, где •&0=^2еи0/т, и0 - ускоряющее напряжение.

При численном моделировании процессов взаимодействия используется модель крупных частиц. В этом случае уравнение движения записывается для N крупных частиц, на которые разбивается участок потока (рис. 1).

+Ф0„ +Ф), » = 1Л..М, (1)

где Ф0„ - начальная фаза л-й частицы, т.е. фаза (нормированное время) влета частицы в зазор; врт - нормированное время, отсчитываемое от момента влета п-й частицы в зазор.

Электронный поток, поступающий на вход резонатора, может быть как однородным, так и неоднородным в зависимости от разновидности прибора клистронного типа. Для однородного потока генераторных приборов

(рис. 1, а), ф0„ = —(2л-1) =—(2я-1). Для неоднородного потока гибридных

приборов без учета пролетных явлений (рис. 1, б) Ф0

2в„

о

2И

где

N

0оа " Угол отсечки катодного тока. Для гибридных приборов с учетом пролетных явлений в пространстве сетка-катод (рис. 1, в) Ф{)п =вск(2п-\)1 N. Для второго зазора резонатора с двойным зазором величина Ф0п определяется фазой выхода я-го электрона из предыдущего зазора или резонатора и процессами в пролетном пространстве.

I

Рис. 1. Разбиение электронного потока на дискретные элементы: а - однородный поток; б - неоднородный поток в случае отсутствия пролетных явлений; в - неоднородный поток при наличии пролетных явлений

При решении уравнения движения (1) с учетом начальных и граничных

„ зг„

условии = к0и и х = 7„ при &ргп = 0, где г0г1 - нормированная скорость частиц на входе в зазор, У.п - координата начала зазора, получаются известные выражения для скорости и координаты

(2)

Уп = Уоп + -^СО5(Ф0„ + ф) ~~^С05(врт + Ф0„ + ф) ,

= +

"О п

11 ю

[вШ (Ф0п +<р)-8т(вр

4 (3)

Уравнения (2), (3) являются исходными для определения электронного КПД, конвекционного и наведенного тока, электронной проводимости, коэффициентов взаимодействия. Отношение %Ю в уравнениях (2), (3) - это безразмерный комплекс, включающий все размерные величины, характеризующие плоский зазор с переменным напряжением. Параметры, входящие в отношение у о, полностью характеризуют размеры и режим работы зазора, поэтому эту величину и каждый из его компонентов \ или о можно использовать как параметр при анализе как линейных, так и нелинейных процессов взаимодействия в резонаторах приборов СВЧ, а само отношение О обозначено через 8 и названо универсальным параметром нелинейности.

Для определения гармоник конвекционного и наведенного токов использовался анализ Фурье. В этом случае амплитуда к -й гармоники тока ¡к

определяется по формуле ¡к = ^а2к , где ак, ьк - коэффициенты Фурье, в

данном случае это амплитуды активной и реактивной составляющих тока, к -номер гармоники.

Конвекционный ток определялся по фазам прибытия электронов Ф в заданную плоскость Для нормированных значений величин активной и реактивной составляющих конвекционного тока получены выражения

, N , , «

Ак = = Вк = -А = Д0-£л:„со5(кФ),

70 71 „=1 70 31 „=1 где Кп = /(Ф0„)//0 - весовой коэффициент, учитывающий разный заряд частиц; Д0 - шаг разбиения характерного участка потока на дискретные элементы; /0 - постоянная составляющая тока.

Наведенный ток рассчитывался с использованием теоремы Шокли-Рамо. В этом случае для нормированных значений величин активной и реактивной составляющих наведенного тока получены следующие выражения:

„>">в дг м ьпт ип " М

а'Г у ^(вцю, ВТ" У У к„к„(е)со5ю,

1 1 о Аю^-1^ " ' * /0 МО^^

и п т и я т

где м - число разбиений периода 2- на интервалы Д0.

Методика расчета весовых коэффициентов к„ и величины де различна для разных приборов клистронного типа с разным состоянием электронного потока, поступающего в исследуемый зазор. Для однородного электронного потока (рис. 1, а) к„ =1, &Q = 2к/N. Для неоднородного потока для таких приборов, как клистрод и тристрон, к„ рассчитывается исходя из формы импульсов конвекционного тока, поступающих из триодной части гибридного прибора. В случае отсутствия пролетных явлений (рис. 1, б)

к = (со«Фоп-со50^)3/2 Ае=2во* Д0^/ , _ чЗ/2 N

2к ,

П'\

Введение величин 5 и кп позволило анализировать процессы взаимодействия в разных приборах клистронного типа по единой методике с использованием одной и той же программы.

Для расчета нормированных величин составляющих электронной про-

(} а"™ ц в"т

водимости использовались выражения О"'4' = , вЦор = -£-=-!—, где

в0=101и0 - проводимость луча.

Электронный КПД определялся двумя способами: по изменению кинетической энергии электронов при прохождении зазора

^с = 2 \К" ^ / X ^" и через активную составляющую рт мощности,

/ п - ]

отдаваемой потоком полю зазора (активную составляющую наведенного тока) це=Реа!ро=^У\ав• Здесь Уйх, Увых- нормированные значения скоростей часпщ на входе и выходе зазора, Р0- подводимая мощность.

Были также получены выражения для коэффициентов взаимодействия электронов с полем зазора по току и по скоростям в нелинейном режиме.

В третьей главе с использованием разработанной численно-аналитической математической модели и программы на ее основе было проведено исследование нелинейных процессов взаимодействия в клистродах и тристронах с одно- и двухзазорными выходными резонаторами и в автогенераторах на одно- и двухзазорных резонаторах.

Целью исследования для клистродов и тристронов с одно- и двухзазорными выходными резонаторами было определение значений и условий получения максимального КПД. Предельные значения электронного КПД определялись последовательным перебором значений регулируемых параметров в широких пределах и нахождением экстремальных точек. Для клист-рода и тристрона с однозазорным выходным резонатором пределы изменения параметров были 0ОЙ =л/4 + л, £> = я/8 + 2я, ^ = 0,2+2,5, <р=0-*-2л. Для клистрода и тристрона с двухзазорным выходным резонатором размеры и электрический режим работы зазоров считался одинаковым, т.е. О] =й2 = £>, ^ = = а пределы изменения регулируемых параметров были следующие: 0,,^ =п/4^-7с, £> = л/8ч-л, ^ = 0,1+0,8, <р = 0н-2л, ¿ = о-5-2л (где £ - нормированная длина трубы дрейфа). Всего было рассчитано и обработано с использованием сервисных программ около 1000000 вариантов.

В клистроде с однозазорным выходным резонатором для каждого варианта определялась оптимальная фаза входа сгустка в зазор <р ,,„т , при которой г]е максимален (рис. 2). Экстремальные точки семейства кривых (л ех1г ,ф„пт ) на рис. 2 дают одну кривую зависимостей Т1 ех[г от I при фиксированных ¿) и ©ой = к/2 на рис. 3. 1.-Г 1 ' ' 1 ' 1 т|„„г

о.5 1 з ; Ф 1 '"»»'• * ?

Рис. 2. Зависимость КПД от фазы ф Рис. 3. Зависимость т\ех1г при ц>опт от входа сгустка в зазор при разных £ Е, при разных значениях ширины за-для 0ОЙ = л/2 и о = %/2 зора Д и 0оВ = л/2

Экстремальные значения кривых на рис. 3 являются максимально возможными значениями КПД т]^ при данной ширине зазора и 0ОЙ . Видно, что при 0 „,,. = л / 2 предельный электронный КПД клистрода с однозазорным выходным резонатором составит 82% при й = л/4 и %0„т =1,2 . Подобные исследования были проведены для тристрона с однозазорным выход-

ным резонатором. Установлено, что при угле отсечки 0 ои = л / 2 , предельное значение электронного КПД составит 89% при £> = я /4 и §онт =1,25 .

Аналогичные исследования были проведены для клистрода и тристро-на с двухзазорными выходными резонаторами. В качестве примера на рис. 4 и 5 представлены зависимости значений КПД г| е при оптимальных <р от длины пролета между зазорами ь при разных % . Из рис. 4 видно, что для клистрода с двухзазорным выходным резонатором на я-виде при угле отсечки 0ов = л/2 , о = л/4 , £ = 0,6 и !„„„, =1,18 рад предельный электронный КПД составит 86%. Из рис. 5 следует, что предельное значение электронного КПД тристрона с двухзазорным выходным резонатором на тс-виде при угле отсечки эов =я/2 и о{ =о2 =л/4 составляет 92% при ^ = 0,7 и ьопт = 0.98 Из рис. 4 и 5 также следует, что в нелинейном режиме для получения максимального электронного КПД в гибридных приборах клис-тронного типа с двухзазорными резонаторами следует существенно сокращать длину пролета ь и расстояние между серединами зазоров: в 1,6 раза (с 3,14 до 2рад) в клистроде и в 1,8 раза (с 3,14 до 1,76 рад) в тристроне. Л,

0.8 0.6 0.4 0.2

0

Рис. 4. Зависимости значений Т1,, рИс. 5. Зависимости значений п,,

клистрода при оптимальных ф от л тристрона при оптимальных <р от ь при раЗНЫХ ^ (£> = тг/4 , 0ов = тс/2) при разных % (/> = тс/4 , 0ой=тс/2)

Как обобщенный результат исследований на рис. 6 приведены зависимости максимальных значений КПД при оптимальных от угла отсечки 0 ое для клистрода с одно- и двухзазорным выходным резонатором и для тристрона с одно- и двухзазорным выходным резонатором.

С целью определения погрешности и пределов использования результатов, полученных без учета пространственного заряда, в работе проводилось исследование влияния пространственного заряда на КПД клистрода с одно- и двухзазорным выходным резонатором. Расчеты проводились по программе анализа двумерных динамических процессов в клистронах для произвольно взятых режимов с высоким КПД при разных значениях приведенного радиуса потока -¡ь . В качестве параметра пространственного заряда использовался микропервеанс потока , определяемый по среднему значе-

нию тока. На рис. 7 приведены результаты расчетов для однозазорного резонатора. В целом было установлено, что полученные ранее результаты по КПД с погрешностью не более 3% можно применять для потоков с обычно встречающимся первеансом от 0,1 до 0,5 мкА/В3/2.

кчнстрод одП'У.-л *орш..!й -' 'У'- ./ фггет^нлггд^у^г^^с^чггтг!^

0.72

0.64

уЬ-^м--'

0.71 / /* <1.4 Ч/

0.4

0.8

1.2

Рис. 6. Зависимости максимальных

1.« р тА

Рис. 7. Зависимости значений че от первеанса и приведенного радиуса КПД клистрода и тристрона от угла электронного потока (клистрод с од-отсечки катодного тока нозазорным выходным резонатором)

Для того чтобы результаты, полученные в приближении плоского зазора, можно было использовать для бессеточных зазоров, необходимо установить эквивалентность зазоров. Для пролетных клистронов такая эквивалентность устанавливается равенством коэффициентов взаимодействия. Для подтверждения возможности использования такой эквивалентности для гибридных приборов были проведены дополнительные исследования с использованием программы двумерного анализа. На рис. 8 приведены зависимости разницы значений КПД, полученных по программе на основе численно-аналитической модели и программе анализа двумерных динамических процессов, Дг|е =г\е -г|(,.ж„ от 7а при Ыа = 0,4 и 0,8 для режима бессеточного зазора 0ОЙ = л/2, %=1,4, о = л/2. Видно, что во всем диапазоне исследуемых величин уа и ы а расхождение не превышает 2%. Таким образом, для гибридных приборов подтверждена возможность установления эквивалентности сеточных и бессеточных зазоров с помощью равенства коэффициентов взаимодействия.

В промежуточных догруппирующих резонаторах гибридных приборов основными параметрами являются электронная проводимость и коэффициенты взаимодействия по току и скорости. Исследование электронной проводимости промежуточного резонатора тристрона проводилось при разных фазах входа переднего фронта сгустков в зазор, о = я/ 2, 0„,у =90°, %=0,1-0,9. На рис. 9 приведены зависимости электронной проводимости от сдвига фазы <р, между переменным напряжением на зазоре и первой гармоникой наведенного тока при о = к/2, 0„,л. =90°. Из рис. 9 видна значительная зависимость электронной проводимости от амплитуды переменного напряжения. При изменении ср, в пределах от 0 2л электронная проводимость меняет знак, а ее максимальные значения в 10-100 раз отличаются от этих значений для одно-

родного потока в режиме малого сигнала, где при о = тЛ Ос / о0 постоянна и равна 0,09. При исследовании коэффициентов взаимодействия по току и скорости промежуточного резонатора тристрона в нелинейном режиме расчеты показали, что в усилительном режиме (ч>, ->л/2) при расчетах коэффициента взаимодействия по току и скорости с погрешностью не более 4% можно пользоваться соотношением для режима малого сигнала и сплошного потока.

4 6 <р.

Рис. 9. Зависимость активной составляющей электронной проводимости от сдвига фаз между первой гармоникой наведённого тока и напряжением па зазоре

" 0.2 11.4 «... 0.8 уЬ

Рис. 8. Разница электронных КПД сеточного и эквивалентного бессеточного зазора от нормированного радиуса пролетной трубы "/а

В СВЧ зазорах с однородным электронным потоком, являющихся элементами многих приборов СВЧ, в том числе и генераторных, с использованием универсального параметра нелинейности 8 и нормированных переменных, проведен расчет графиков движения, конвекционного и наведенного токов, электронной проводимости и КПД в широком диапазоне изменения длин зазоров и 5.

На рис. 10 приведены зависимости активной Сс составляющей электронной проводимости от длины зазора о при разных значениях критерия подобия 8. При 8 0 эти зависимости совпадают с известным аналитическим решением для режима малого сигнала, что являлось одним из тестов правильности алгоритма и программы расчетов. С ростом 8 в нелинейном режиме появляются существенные отличия от линейного режима. Электронная проводимость в областях отрицательных значений, где возможна автогенерация, уменьшается по абсолютной величине с ростом 8 от малосигнальных значений до 0, а затем становится положительной.

При исследовании конвекционного тока установлено, что СВЧ зазор в режиме большого сигнала может быть эффективным группирователем электронов, конвекционный ток внутри зазора конечной длины может достигать значения 1,48/0 при 8=1, что больше величины 1,1 б/0 при синусоидальной скоростной модуляции бесконечно узким зазором.

Исследование электронного КПД в зонах отрицательной электронной проводимости показало, что максимальное значение электронного КПД в первой зоне составляет 18% при 8 = 0,5, а во второй зоне 14% при 8 = 0,3. Та-

ким образом, при больших значениях конвекционного и наведенного тока в нелинейных режимах электронный КПД оказывается небольшим. Анализ графиков движения (рис. 11) совместно с графиком изменения переменного напряжения на зазоре позволил установить, что фазовый сдвиг между максимумами конвекционного тока и тормозящего напряжения приводит к уменьшению КПД и исчезновению условий автогенерации. В работах, посвященных монотрону, не были исследованы и не были выявлены причины невысокого значения КПД.

У-

О я 2п 37Г 4к 5п

Рис.10. Активная составляющая электронной проводимости. Кривые Рис- 11 • Графики движения электронов 1-10 соответствуют 8 = 0,05; 0,2; 0,3; ¿ = /(9^) при 8=0,5 и синусоида пе-0,4; 0,5; о,б; о,7; о,8; 0,9; 1 ременного напряжения на зазоре

Альтернативой монотронной конструкции может быть конструкция автогенератора на двухзазорном резонаторе, в которой возможно получение большего значения КПД. При исследовании электронной проводимости двухзазорного резонатора с зазорами одинаковой длины установлено, что в нелинейном режиме появляются существенные отличия от линейного режима. Исследование электронного КПД в зонах отрицательной электронной проводимости показало, что максимальное значение электронного КПД на зг-виде колебаний соответствует второй зоне генерации и составляет 28%, для нулевого вида - первой зоне и составляет 29%. Добиться увеличения КПД можно, если использовать в двухзазорном резонаторе зазоры разной длины. В такой конструкции автогенератора на тт-виде колебаний с помощью оптимизационных расчетов найдено максимальное значение электронного КПД - 51% при О, =4,5 рад, =7,15 рад, Ог =1,42 рад, £ = 1,4 и установлено, что для получения

максимального электронного КПД в нелинейном режиме расстояние между центрами зазоров должно быть уменьшено в 1,1 раза с 7,85 до 7,15 рад.

Как и для гибридных приборов, для генераторных приборов была проведена оценка влияния пространственного заряда и неоднородности поля зазора на КПД. Показано, что максимальное уменьшение КПД из-за влияния пространственного заряда не превышает 2,5% при Яц = 0^-0,5мкА/Въ'2 и что результаты, полученные для плоского зазора с максимальной погрешностью 5%, могут быть использованы для бессеточных зазоров при условии эквивалентности зазоров по коэффициенту взаимодействия.

В четвертой главе с использованием полученных результатов и рекомендаций было проведено проектирование области взаимодействия телевизионного тристрона с двухзазорным выходным резонатором. Приведена структурная схема проектирования.

На этапе предварительного расчета по заданной мощности, ускоряющему напряжению и частоте сигнала определен общий ток, выбрана 4-лучевая конструкция. С использованием полученных рекомендаций были выбраны размеры и режимы области взаимодействия промежуточного и выходного двухзазорных резонаторов, обеспечивающие максимальное значение КПД 91%.

Далее было проведено проектирование ЭОС. При проектировании пушки триодной части предварительно синтезировалась, а затем методом многовариантного анализа уточнялась технологичная форма электродов пушки без сетки. После этого с помощью программы двумерного анализа проводилась отработка конструкции пушки с сеткой. После отработки конструкции пушки проводился расчет траекторий в клистронной части в экспериментально измеренном в ФГУП "НПП "Контакт" магнитном поле.

Далее проводилось моделирование динамического режима тристрона в режиме заданных переменных напряжений, расстроек и размеров ВЧ зазоров и труб дрейфа клистронной части, полученных ранее на этапе предварительного расчета. В ходе расчетов была скорректирована геометрия области взаимодействия. Расчетное значение электронного КПД в оптимизированном узкополосном режиме составило 90%. После этого был проведен расчет тристрона по программе двумерного анализа в самосогласованном режиме. При этом для получения полосы 8 МГц добротность промежуточного резонатора была уменьшена с 800 до 100. При этих условиях в самосогласованном режиме максимальный электронный КПД составил 68%.

С использованием полученных рекомендаций по размерам зазоров, пролетных труб, а также режима работы зазоров в ФГУП "НПП "Контакт" под руководством проф. В.А. Царева был изготовлен и испытан опытный образец телевизионного тристрона. В режиме узкополосного усиления при угле отсечки катодного тока 77° в эксперименте было получено значение КПД по мощности в нагрузку 90% и выходная мощность 10,6 кВт. Расчетное значение КПД в этом режиме с помощью численно-аналитической модели составило 90,5%, выходная мощность 10,8 кВт, что свидетельствует о хорошем соответствии результатов расчета и эксперимента. Таким образом, результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что трис-трон в оптимизированном режиме может обеспечить КПД 90%.

Для режима усиления телевизионного сигнала с полосой пропускания 8 МГц на уровне 1 дБ расчетный КПД в режиме синхроимпульсов составил 68%, экспериментальный - 64%, что почти в 2 раза больше, чем у телевизионного клистрона КУ-318, на замену которого в телевизионном передатчике "Ильмень" предназначен разрабатываемый тристрон.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы, приведен список работ, опубликованных по результатам исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана численно-аналитическая математическая модель процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов гибридных и генераторных приборов клистронного типа. Сочетание численных и аналитических методов позволило создать быстродействующую программу и вести оперативный анализ процессов взаимодействия в СВЧ зазорах резонаторов.

2. Введение нормированных переменных и использование универсаль-

V й

ного параметра нелинейности 8 = —=—5- позволило получить универсальные

и 0шаг

результаты, справедливые при разных сочетаниях 4-х параметров размеров и режимов работы зазора, входящих в б .

3. Введение весового коэффициента к„ для заряда крупных частиц и разработанная методика его расчета для входных импульсов тока разной формы позволили проводить анализ нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями зазоров резонаторов разных приборов клистронного типа.

4. Проанализированы процессы взаимодействия в гибридных приборах типа триод-клистрон - клистродах и тристронах. Определено, что в приближении плоского зазора при рекомендованном угле отсечки 90°:

- в клистроде с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 82% приведенная длина зазора должна составлять о = я / 4 при нормированной амплитуде напряжения £ = 1,2;

- в клистроде с двухзазорным выходным резонатором на л-виде колебаний для получения максимального электронного КПД 86% приведенные длины зазоров должны составлять о,= Г)2 = тс/4 при =0,6 и нормированном расстоянии между центрами зазоров =1,96 рад;

- в тристроне с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 89% приведенная длина зазора должна составлять £>=71/4 при нормированной амплитуде напряжения 4=1,25;

- в тристроне с двухзазорным выходным резонатором на л-виде для получения максимального электронного КПД 92% приведенные длины зазоров должны составлять о,=л2= я/4 при \\-\i =0,7 и нормированном расстоянии между центрами зазоров 1,76 рад.

5. С помощью равенства коэффициентов взаимодействия установлены условия эквивалентности сеточных и бессеточных зазоров, позволяющие применять результаты, полученные для сеточных зазоров к бессеточным.

6. Определены максимальные значения электронного КПД автогенераторов на резонаторе с двумя зазорами взаимодействия:

- для резонатора с двумя идентичными зазорами максимальное значение

электронного КПД на тс-виде колебаний соответствует второй зоне генерации и составляет 28%, для нулевого вида - первой зоне и составляет 29%;

- для резонатора с зазорами разной длины на тг-виде колебаний максимальное значение электронного КПД составляет 51%.

7. При исследовании процессов взаимодействия в протяженных зазорах выявлены следующие закономерности:

- СВЧ зазор в режиме большого сигнала может быть эффективным группирователем электронов, конвекционный ток внутри зазора конечной длины при 6 >0,5 может быть больше, чем в пространстве группирования при синусоидальной скоростной модуляции бесконечно узким зазором и может достигать значения 1,48/0 при 5 = 1;

- активная и реактивная составляющие электронной проводимости в нелинейном режиме существенно зависят от критерия S, электронная проводимость в областях отрицательных значений, где возможна автогенерация, уменьшается по абсолютной величине с ростом 5 от малосигнальных значений до 0, а затем становится положительной;

- электронный КПД в зонах автогенерации монотрона зависит от S, имеются оптимальные значения 5, при которых КПД максимален и составляет 18% при 8 = 0,5 в первой зоне и 14% при 8=0,3 во второй зоне;

- действие пространственного заряда уменьшает электронный КПД монотрона, но в области обычно используемых в приборах СВЧ значений микропервеанса (0,1*0,5)мкА/въ'2 и приведенного радиуса электронного потока 0,5*0,8 уменьшение КПД не превышает 2,5%.

8. Выявлена необходимость сокращения в нелинейном режиме расстояния между центрами зазоров двухзазорного выходного резонатора для получения максимального КПД: в клистроде в 1,6 раза - с 3,14 до 2 рад, в тристроне в 1,8 раза - с 3,14 до 1,76 рад, в автогенераторе на двухзазорном резонаторе в 1,1 раза с 7,85 до 7,15 рад.

9. С использованием рекомендаций по размерам зазоров, пролетных труб, а также режима работы зазоров в ФГУП "НПП "Контакт" был изготовлен и испытан опытный образец телевизионного тристрона.

10. Результаты эксперимента подтвердили возможность получения в тристроне КПД 90%.

Основные результаты опубликованы в следующих работах

1. Пашков A.A. Клистрод - высокоэффективный прибор для TV вещания // Тез. докл. "7-я Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков", 9-11 декабря 2003 г. С-Пб: СПбГПУ, 2003. С. 54-55.

2. Крючков A.B., Пашков A.A., Рыбачек В.П. Компьютерное моделирование ЭОС многолучевого клистрода // Тез. докл. девятой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", 4-5 марта 2003 г. Москва: МЭИ, 2003. Т. 1. С. 177-178.

3. Пашков A.A. Расчет предельно достижимых КПД клистрода // Тез. докл. десятой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", 2-3 марта 2004 г. Москва: МЭИ, 2004. Т. 1.С. 200.

4. Пашков A.A. Исследование параметров СВЧ зазора в нелинейном режиме // Научная сессия МИФИ-2004: Сб. науч. тр. Москва: МИФИ, 2004. Т. 1.С. 175-176.

5. Пашков A.A. Универсальные графики движения электронов в плоском СВЧ зазоре // Информационные технологии в электронике: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 2004. С. 88-93.

6. Федяев В.К., Пашков A.A. О предельных КПД клистрода // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 2004. Вып. 2(484). С. 54- 59.

7. Федяев В.К., Пашков A.A. Исследование процессов преобразования энергии в клистроде с двухзазорным выходным резонатором // Материалы междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", 15-16 сентября 2004 г. Саратов: СГТУ, 2004. С. 104-109.

8. Федяев В.К., Пашков A.A., Кадушкин В.О. Исследование электронной проводимости и КПД двухзазорного резонатора в режимах генерации и усиления // Материалы междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", 15-16 сентября 2004 г. Саратов: СГТУ, 2004. С. 109-115.

9. Федяев В.К., Пашков A.A. Электронная проводимость и коэффициент полезного действия плоского сверхвысокочастотного зазора в нелинейном режиме // Радиотехника и электроника. Т. 50, № 3. 2005. С. 361-365.

10. Федяев В.К., Пашков A.A., Горлин O.A. Исследование параметров одиночных и двойных СВЧ зазоров в нелинейном режиме И Материалы конф. "15-я международная крымская конференция СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", 12-16 сентября 2005 г. Севастополь, 2005. Т. 1. С. 201-202.

11. Пашков A.A., Илларионов Ю. И. Методика моделирования нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями зазоров приборов клис-тронного типа // Вестник РГРТА. Вып. 18. Рязань, 2006. С. 105-107.

12. Федяев В.К., Юркин В.И., Пашков A.A. Влияние пространственного заряда на электронную проводимость и КПД монотрона //Электроника: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 53-57.

13. Федяев В.К., Горлин O.A., Пашков A.A. Исследование электронного КПД автогенератора на двухзазорном резонаторе с зазорами разной длины // Материалы междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", 19-21 сентября 2006 г. Саратов: СГТУ, 2006. С. 36-42.

14. Федяев В.К., Илларионов Ю.И., Пашков A.A. Электронная проводимость промежуточного резонатора тристрона // Материалы междунар. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", 19-21 сентября 2006 г. Саратов: СГТУ, 2006. С. 42-47.

Пашков Андрей Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОЛЯМИ РЕЗОНАТОРОВ ГИБРИДНЫХ И ГЕНЕРАТОРНЫХ ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО

ТИПА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Отпечатано в ООО «Политех», г. Рязань, Первомайский пр-т, 64. Подписано в печать 11.01.2007 г. Формат 60x84/16 Печать ризографическая. Тираж 100 экз.

Редакционно-издательский центр ГОУВПО "Рязанский государственный радиотехнический университет". 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

ВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ

ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ЗАЗОРАХ

ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО ТИПА.

1.1. Электронная проводимость и коэффициент взаимодействия в линейном режиме.

1.2. Электронная проводимость и коэффициент взаимодействия в нелинейном режиме.

1.3. Автогенераторы на одиночных и двойных зазорах.

1.4. Гибридные приборы с отсечкой катодного тока.

1.4.1. Клистроды.

1.4.2. Тристроны.

Выводы к главе 1.

Глава 2. ЧИСЛЕННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С

ПОЛЯМИ РЕЗОНАТОРОВ.

2.1. Уравнения Максвелла.

2.2. Уравнение движения и его решение.

2.3. Расчет конвекционного тока.

2.4. Расчет наведенного тока.

2.5. Расчет весовых коэффициентов.

2.6. Расчет электронной проводимости.

2.7. Расчет электронного КПД.

2.8. Расчет коэффициентов взаимодействия.

Выводы к главе 2.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ЗАЗОРАХ РЕЗОНАТОРОВ ПРИБОРОВ КЛИСТРОННОГО ТИПА.

3.1. Общие вводные замечания.

3.2. Оптимизация процессов взаимодействия в выходном резонаторе клистрода.

3.2.1. Клистрод с однозазорным выходным резонатором.

3.2.2. Клистрод с двухзазорным выходным резонатором.

3.2.3. Исследование влияния пространственного заряда на КПД клистрода.

3.2.4. Определение условий эквивалентности сеточных и бессеточных зазоров.

3.3. Исследование нелинейных процессов взаимодействия в промежуточном резонаторе тристрона.

3.3.1. Исследование электронной проводимости промежуточного резонатора тристрона.

3.3.2. Исследование коэффициентов взаимодействия промежуточного резонатора тристрона.

3.4. Оптимизация процессов взаимодействия в выходном резонаторе тристрона.

3.4.1. Общие замечания.

3.4.2. Тристрон с однозазорным выходным резонатором.

3.4.3. Тристрон с двухзазорным выходным резонатором.

3.5. Исследование электронной проводимости и КПД СВЧ зазора произвольной длины в нелинейном режиме.

3.5.1. Плоский зазор без учета пространственного заряда.

3.5.2. Исследование влияния пространственного заряда на электронную проводимость и КПД монотрона.

3.6. Исследование электронной проводимости и КПД резонатора с двойным зазором взаимодействия.

3.6.1. Особенности режимов резонаторов с двойным зазором.

3.6.2. Исследование параметров резонаторов с идентичными зазорами.

3.6.3. Оптимизация электронного КПД генератора на я-виде колебаний с зазорами разной длины.

Выводы к главе 3.

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЛАСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ТЕЛЕВИЗИОННОГО ТРИСТРОН А.

4.1. Структурная схема проектирования.

4.2. Предварительный расчет тристрона.

4.3. Проектирование электро-динамической системы.

4.4. Проектирование электронно-оптической системы в статическом режиме.

4.4.1. Проектирование электронной пушки.

4.4.2. Траекторный анализ клистронной части.

4.5. Двумерный анализ динамического режима.

4.5.1. Траекторный анализ динамического режима.

4.5.2. Расчет динамических процессов взаимодействия.

4.6. Результаты исследования экспериментального образца тристрона.

Выводы к главе 4.

Развитие многих отраслей техники связано с совершенствованием параметров и конструкций электронных приборов сверхвысоких частот. Совершенствование существующих и разработка новых приборов СВЧ с улучшенными массогабаритными и эксплуатационными параметрами всегда было и остается актуальной проблемой электроники СВЧ. Одними из самых многочисленных и распространенных приборов СВЧ О-типа являются приборы клистронного типа.

Название клистрон происходит от греческого слова - что означает морской прибой. А морской прибой это образования с крутыми фронтами и гребешками (что является аналогом нелинейного режима), которые обрушиваются на кромку берега (аналог выходного устройства). Выходным устройством в клистроне является резонатор. Из названия следует, что принципиальным в работе клистрона является то, что в выходное устройство поступают сгустки электронов, а механизм их образования может быть разным.

Из сказанного следует, что к приборам клистронного типа можно отнести приборы СВЧ О-типа с прямолинейными потоками, в которых формируются сгустки электронов и преобразование энергии сгустков в энергию выходного сигнала происходит в резонаторе. Разновидности таких приборов будут отличаться способом формирования сгустков. Таким образом, к приборам клистронного типа наряду с классическими пролетными и отражательными клистронами можно отнести гибридные приборы: лампу Гаева [1], тристрон [2], клистрод [3], ЮТ [4], светрод [5], истрод [6] и генераторные приборы: монотрон [7], диотрон [8], генератор на двухзазорном резонаторе [9].

В классических традиционных клистронах электронные сгустки образуются в процессе группирования электронов за счет их скоростной модуляции в первоначально сплошном и однородном по плотности электронном потоке. В монотроне скоростная модуляция, образование сгустков и отбор энергии от них совмещены в протяженном зазоре одного резонатора. В генераторе на двухзазорном резонаторе скоростная модуляция в первом зазоре, группирование электронов между зазорами и отбор энергии во втором зазоре происходит также в одном единственном резонаторе. В гибридных приборах клистроде, ЮТ, тристроне, прообразом которых является лампа Гаева, сгустки электронов формируются в пушке с управляющей сеткой в режиме с отсечкой тока, как в СВЧ триодах, а отбор энергии происходит в резонаторе, как в клистроне.

За 70- летнюю историю развития пролетных клистронов детальному исследованию физических процессов в них, в том числе в нелинейном режиме, посвящены тысячи публикаций, но несмотря на это возможности клистронов далеко не исчерпаны и исследование новых конструктивных решений и физических процессов продолжается [10]. Гибридные и генераторные приборы клистронного типа в основном начали разрабатываться и применяться только в последнее время благодаря успехам современных технологий и новым конструктивным решениям. Детальное исследование физических процессов в них только начинается.

Создание конкурентоспособных гибридных приборов с сеточным СВЧ управлением катодным током (прототип - лампа Гаева, 1938 г. [1]) стало возможным с появлением новой технологии изготовления термостойких мелкоструктурных сеток из пиролитического графита. Такие приборы с названием клистрод (клистрон-тетрод) выпускаются в США фирмой Eimac-Varian, с названием ЮТ (Inductive Output Tube) выпускаются в Англии фирмой EEV для телевизионных передатчиков нового поколения и успешно работают в 27 странах мира. Эти приборы считаются наиболее перспективными для систем цифрового телевидения высокой четкости [11]. В России опытные образцы разновидностей таких приборов в отечественном многолучевом исполнении под названием светрод изготовлены в ФГУП

НЛП "Светлана" В.В. Яковенко с участием сотрудников и аспирантов А.Д. Сушкова и под названием истрод созданы в ФГУП "НЛП "Исток" М.И. Лопиным, начата опытная эксплуатация истрода в телевизионной станции [6].

Гибридный прибор с сеточным СВЧ управлением катодным током и дополнительной группировкой электронов - тристрон (триод-клистрон), является отечественным изобретением. Первые образцы тристронов были изготовлены, теоретически и экспериментально обследованы в 60-х годах прошлого века на кафедре радиотехнической электроники ЛЭТИ им. В.И. Ульянова-Ленина (теперь СПбГЭТУ) В.К. Федяевым при выполнении кандидатской диссертации под руководством А.Д. Сушкова. Первый экспериментальный образец многолучевого телевизионного тристрона был изготовлен в ФГУП "НИН "Контакт" (г. Саратов) В.А. Царевым с использованием результатов численного моделирования, выполненных на кафедре электронных приборов РГРТА [12].

Физические процессы в гибридных приборах клистронного типа значительно сложнее, чем в обычных клистронах. Разработка таких приборов за рубежом и в России ведется с использованием сложных специализированных программ, учитывающих многие физические факторы и специфические особенности реальных конструкций, что требует большой оперативной памяти и быстродействия ЭВМ и ведет к длительному времени счета. Использование этих программ для детального исследования физических процессов, определяющих принцип действия приборов, затруднено. Возможно поэтому, исследования физических процессов в гибридных приборах путем математического моделирования находится на начальном этапе.

В последнее время в связи со все возрастающим использованием микроволнового излучения для промышленных и технологических целей появилась потребность в простых по конструкции источниках СВЧ энергии средней и большой мощности с достаточно высоким КПД. В первую очередь внимание специалистов привлек известный с ЗОх годов 20-го века монотрон. В первых экспериментальных образцах монотронов был получен КПД менее 1% [13] и на долгие годы интерес к монотронам был потерян. В последнее время появились публикации по теоретическим расчетам автогенераторов на монотроне: была предсказана возможность получения КПД 18% на мощности 100 киловатт [14], показана возможность увеличения электронного КПД до 33 % в коаксиальном монотроне - диотроне [8].

Возможность практической реализации автогенератора на двухзазорном резонаторе была показана в [9], где на приборе с ленточным лучом был получен КПД около 10%. Публикаций по исследованию процессов в автогенераторах на резонаторах с двойным зазором практически нет. В неопубликованных расчетах, выполненных под руководством В.П. Панова на кафедре электронных приборов РГРТА, был получен КПД около 50%.

Действующих современных образцов автогенераторов на одиночных или двойных зазорах пока нет.

Особенностью гибридных и генераторных приборов является то, что они работают в существенно нелинейных режимах, когда амплитуды переменных токов и напряжений сравнимы или больше их постоянных составляющих. Поэтому выходные параметры таких приборов определяются нелинейными процессами взаимодействия электронов с полями резонаторов. Исследование этих процессов для определения параметров области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих максимальные значения КПД новых гибридных и генераторных приборов клистронного типа, является актуальной задачей.

Основной целью диссертационной работы является исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов гибридных и генераторных приборов клистронного типа для выявления параметров области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих режимы с максимальным КПД и использование полученных результатов для проектирования гибридных приборов клистронного типа.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ известных конструкций приборов клистронного типа, существующих методов расчета процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов;

- создание единой для всех гибридных и генераторных приборов клистронного типа численно-аналитической математической модели взаимодействия электронов с полями резонаторов и программного обеспечения для оперативного расчета этих приборов в линейных и нелинейных режимах;

- исследование с использованием разработанной модели нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов в ряде новых перспективных приборах (клистродах и тристронах с одно- и двухзазорными резонаторами, автогенераторах простой конструкции на одном резонаторе с одним и двумя зазорами взаимодействия);

- выработка на основе этих исследований рекомендаций по выбору параметров и режимов работы области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих максимальные значения КПД в гибридных приборах клистронного типа и автогенераторах простой конструкции.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые:

1.Для гибридных и генераторных приборов клистронного типа разработана численно-аналитическая математическая модель процессов взаимодействия электронов с полями СВЧ зазоров. Сочетание численных и аналитических методов позволило создать быстродействующую программу экспресс-анализа, которая в отличие от программ, основанных на полностью численных методах, позволяет оперативно анализировать процессы взаимодействия электронов с полями СВЧ зазоров.

2. Оптимизированы по КПД режимы и размеры области взаимодействия выходных одно- и двухзазорных резонаторов клистродов и тристронов при разных углах отсечки катодного тока. Получены следующие предельные значения электронного КПД при рекомендованном угле отсечки 90°:

- 82% для клистрода с однозазорным резонатором;

- 86% для клистрода с двухзазорным резонатором на л - виде колебаний;

- 89% для тристрона с однозазорным резонатором;

- 92% для тристрона с двузазорным резонатором на л- виде колебаний.

3. Определены максимальные значения электронного КПД автогенераторов на резонаторе с двумя зазорами взаимодействия:

- для резонатора с идентичными зазорами максимальное значение электронного КПД на л - виде колебаний соответствует второй зоне генерации и составляет 28%, для нулевого вида - первой зоне и составляет 29%;

- для резонатора с зазорами разной длины максимальное значение электронного КПД на л- виде колебаний составляет 51%.

С использованием разработанной численно-аналитической математической модели электронных процессов взаимодействия в СВЧ зазорах получены частично новые научные результаты. Установлено, что:

1. СВЧ зазор в режиме большого сигнала может быть эффективным группирователем электронов, конвекционный ток внутри зазора конечной длины при универсальном параметре нелинейности 5 >0.5 может быть больше, чем в пространстве группирования при синусоидальной скоростной модуляции бесконечно узким зазором и достигает значения 1.48/0 при 5 = 1;

2. Активная и реактивная составляющие электронной проводимости в нелинейном режиме существенно зависят от параметра 8, электронная проводимость в областях отрицательных значений, где возможна автогенерация, уменьшается по абсолютной величине с ростом 5 от малосигнальных значений до 0, а затем становится положительной;

3. Электронный КПД в зонах автогенерации монотрона зависит от 8, имеются оптимальные значения 8, при которых КПД максимален и составляет 18% при 8 = 0.5 в первой зоне и 14% при 8 = 0.3 во второй зоне генерации.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработаны рекомендации по выбору параметров области взаимодействия резонансных систем для обеспечения максимальных по КПД режимов работы гибридных приборов клистронного типа. Установлено, что при угле отсечки катодного тока 90°:

- в клистроде с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 82% приведенная длина зазора должна составлять D=^ при нормированной амплитуде напряжения £ = 1.2;

- в клистроде с двухзазорным выходным резонатором на л- виде колебаний для получения максимального электронного КПД 86% приведенные длины зазоров должны составлять Dl=D2=^ при t,,=£,2 = 0 6 и нормированном расстоянии между центрами зазоров 1Ц =1.9брад;

- в тристроне с однозазорным выходным резонатором для получения максимального электронного КПД 89% приведенная длина зазора должна составлять ПРИ нормированной амплитуде напряжения £ = 1.25;

- в тристроне с двузазорным выходным резонатором на я- виде для получения максимального электронного КПД 92% приведенные длины зазоров должны составлять £>,=£>2=^ при 2 =0 7 и нормированном расстоянии между центрами зазоров 1Ц = 116рад;

2. Проведено проектирование области взаимодействия многолучевого телевизионного тристрона на выходную мощность 12кВт, с использованием полученных результатов в ФГУП "НПП "Контакт" изготовлен опытный образец телевизионного тристрона.

Реализация результатов работы

Результаты работы и практические рекомендации по проектированию приборов клистронного типа:

- использованы в ФГУП "НПП "Контакт" и СГТУ (г. Саратов) при разработке многолучевого телевизионного тристрона;

- используются в ФГУП "НПП "Исток" при разработке автогенераторов на одиночном и двойном зазоре;

- используются в учебном процессе РГРТУ в лекционном курсе, лабораторных работах и курсовой работе по магистерской программе "Приборы с комбинированным управлением током".

Достоверность полученных результатов обеспечивается: фундаментальностью исходных уравнений и законов, используемых для построения математических моделей; соответствием результатов расчета по разработанной модели и результатов, полученных по другим более сложным математическим моделям; совпадением результатов расчета с результатами тестовых задач, имеющих известное аналитическое решение; совпадением результатов по монотрону с результатами других авторов, полученными разными методами в разных странах.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Использование универсального параметра нелинейности плоских СВЧ зазоров, условий эквивалентности сеточных и бессеточных зазоров и функции формы тока произвольного вида позволяет проводить по единой методике, основанной на численно-аналитической математической модели, исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями

СВЧ зазоров гибридных и генераторных приборов клистронного типа и получить результаты, пригодные (с погрешностью менее 5% при микропервеансах потока менее 0.5) для различного сочетания геометрических размеров и режимов работы зазоров резонаторов.

2. Для получения максимального электронного КПД в гибридных приборах клистронного типа с двухзазорными резонаторами в нелинейном режиме по сравнению с линейным следует существенно сокращать расстояние между серединами зазоров: в 1.6 раза (с 3.14 до 2рад) в клистроде и в 1.8 раза (с з. и до 1.76 рад ) в тристроне.

3. В однозазорном монотроне с однородным полем при величине конвекционного тока большей, чем в двухрезонаторном клистроне, фазовый сдвиг между максимумами конвекционного тока и тормозящего напряжения ограничивает электронный КПД на уровне 18% .

4. Электронная проводимость промежуточного резонатора тристрона, работающего в режиме с отсечкой тока, существенно зависит от фазы переменного напряжения, при которой сгустки входят в зазор, принимая при изменении фазы в пределах периода положительные и отрицательные значения, максимумы которых в 10-100 раз отличаются от их значений для однородного потока в режиме малого сигнала.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 10-ти научно-технических конференциях:

- 7-ой Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков, СПбГПУ, 9-11 декабря 2003г.;

- Девятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", Москва, МЭИ, 4-5 марта 2003г.;

- Десятой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", Москва, МЭИ, 2-3 марта 2004г.;

- Научной сессии МИФИ-2004. Москва, МИФИ, 2004г.;

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", Саратов, 15-16 сентября 2004г.;

- 15-й Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Севастополь, Украина, 12-16 сентября 2005г.;

- Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", Саратов, 20-21 сентября 2006г.;

- 50-й студенческой научно-технической конференции, РГРТА, 2003г.;

- 38-й научно-технической конференции, РГРТА, 2004г.;

- 39-й научно-технической конференции, РГРТУ, 2006г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, приложений. Ее объем составляет 164 страницы машинописного текста, 79 рисунков, 2 таблицы, 109 наименований цитируемых источников, из которых 14 -публикации автора диссертации.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Пашков А.А. Клистрод - высокоэффективный прибор для TV вещания // Тезисы докладов "7-я Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков", 9-11 декабря 2003 г. С-Пб: СПбГПУ, 2003. С. 54-55.

2. Крючков А.В., Пашков А.А., Рыбачек В.П. Компьютерное моделирование ЭОС многолучевого клистрода // Тезисы докладов девятой международной науч.-техн. конференции студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", 4-5 марта 2003г. Т. 1. Москва: МЭИ, 2003. С.177-178.

3. Пашков А.А. Расчет предельно достижимых КПД клистрода // Тезисы докладов десятой международной науч.-техн. конференции студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", 2-3 марта 2004г. Т. 1. Москва: МЭИ, 2004. С. 200.

4. Пашков А.А. Исследование параметров СВЧ зазора в нелинейном режиме // Научная сессия МИФИ-2004: сб. науч. тр. Т. 1. Москва: МИФИ, 2004. С. 175-176.

5. Пашков А.А. Универсальные графики движения электронов в плоском СВЧ зазоре // Информационные технологии в электронике: межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 2004. С. 88-93.

6. Федяев В.К., Пашков А.А. О предельных КПД клистрода // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. Вып. 2(484). 2004. С. 54- 59.

7. Федяев В.К., Пашков А.А. Исследование процессов преобразования энергии в клистроде с двухзазорным выходным резонатором // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", 15-16 сентября 2004г. Саратов: СГТУ, 2004. С. 104-109.

8. Федяев В.К., Пашков А.А., Кадушкин В.О. Исследование электронной проводимости и КПД двухзазорного резонатора в режимах генерации и усиления // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004", 15-16 сентября 2004г. Саратов: СГТУ, 2004. С. 109-115.

9. Федяев В.К., Пашков А.А. Электронная проводимость и коэффициент полезного действия плоского сверхвысокочастотного зазора в нелинейном режиме // Радиотехника и электроника. Т. 50, № 3. 2005. С. 361-365.

Ю.Федяев В.К., Пашков А.А., Горлин О.А. Исследование параметров одиночных и двойных СВЧ зазоров в нелинейном режиме // Материалы конференции "15-я Международная Крымская конференция СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", 12-16 сентября 2005г. Т.1. Севастополь, 2005. С. 201-202.

П.Пашков А. А., Илларионов Ю. И. Методика моделирования нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями зазоров приборов клистронного типа // Вестник РГРТА. Вып. 18. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 105-107.

12. Федяев В.К., Юркин В.И., Пашков А.А. Влияние пространственного заряда на электронную проводимость и КПД монотрона //Электроника: межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 53-57.

13.Федяев В.К., Горлин О.А., Пашков А.А. Исследование электронного КПД автогенератора на двухзазорном резонаторе с зазорами разной длины // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", 19-21 сентября 2006г. Саратов: СГТУ, 2006. С. 36-42.

М.Федяев В.К., Илларионов Ю.И., Пашков А.А. Электронная проводимость промежуточного резонатора тристрона // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", 19-21 сентября 2006г. Саратов: СГТУ, 2006. С. 42-47.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе проведено исследование нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями резонаторов гибридных и генераторных приборов клистронного типа с целью выявления параметров области взаимодействия резонансных систем, обеспечивающих режимы работы с максимальным КПД. Полученные результаты были использованы для проектирования области взаимодействия гибридного прибора клистронного типа - телевизионного тристрона.

1. Haeff A.V. An UHF power amplifier of novel design // Electronics. 1939. V. 12, №12. P. 30-32.

2. Сушков А.Д., Федяев B.K. Расчет пакетирования электронов в триод-клистроне // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1967. Т. 10, №11. С. 1033-1042.

3. Прист. Д.Х., Шредер М.Б. Клистрод необычная мощная лампа, потенциально пригодная для ТВ - вещания в УВЧ- диапазоне // ТИИЭР: Пер. с англ. 1982. Т. 70, № 11. С. 84-92.

4. Clayworth G.T. An expansion of the output power range of analogue television IOT system and their application to digital ATV // NAB Broadcasting Engineering Conference. 1995, Las Vegas.

5. Meoc B.A., Сушков А.Д., Фёдоров B.A. Расчётные параметры триод-клистрона малогабаритного прибора дециметрового диапазона // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1976. Вып. 2. С. 114-117.

6. Королев А.Н., Зайцев С.А., Лопин М.И. и др. Многолучевые клистроды для телевидения и радиолокации // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 2003. Вып. 1(481). С. 5-7.

7. Гвоздовер С.Д., Лопухин В.М. Теория моногрона //ЖЭТФ. 1946. С. 528.

8. Кураев А.А., Синицын А.К. Коаксиальный диодный генератор -диотрон // Радиотехника и электроника. 1997. Т.42, №2. С. 214-219.

9. Панов В.П., Балябин А.Н. Клистрон с ленточным лучом // Вопросы радиоэлектроники. Сер.1. № 3.1963. С. 48.

10. Сандал ов А.Н. Нелинейные явления при усилении электромагнитных волн интенсивными электронными потоками в многолучевых микроволновых усилителях: Дисс. д-ра ф.-м. наук. Москва: МГУ, 2006.

11. Heppinstall R., Clayworth G.T. The inductive output tube a modern UHF amplifier for the terrestrial television transmitter // Gee review. 1998. V. 13, №2. P. 76-85.

12. Muller J. Electron oscillations in high vacuum // Hochfrequenztech. u. ElektroakustiL May 1933. V. 41. P. 156-157.

13. H.Barroso J.J., Kostov K.G. A 5.7 GHz, 100 kW microwave source based on the monotron concept // IEEE Transactions on Plasma Science. 1999. V. 27, №2. P. 384-396.

14. Лебедев И. В., под ред. Девяткова Н.Д. Техника и приборы сверхвысоких частот. Изд. 2-е. Электровакуумные приборы СВЧ, Т. 2. -М.: Высшая школа, 1972.

15. Костиенко А.И. Введение в электронику СВЧ. М.: Высшая школа,1989.

16. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники СВЧ. -М.: Сов. радио, 1971.

17. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. T.l. -М.: Физматлит, 2003. 496 с.

18. Березин В.М., Буряк B.C., Гутцайт Э.М., Марин В.П. Электронные приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1985.

19. Лебедев И. В., под ред. Девяткова Н.Д. Техника и приборы сверхвысоких частот. Изд. 2-е. Техника СВЧ, T.l. -М.: Высшая школа, 1970.

20. Кацман Ю.А. Вопросы теории многорезонаторных клистронов. -М.: Связьиздат, 1958.

21. Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. Теория, основы расчета и проектирование электронных приборов. М.: Высшая школа, 1983.

22. Branch G. М. Electron Beam coupling in interaction gaps of cylindrical symmetry // Trans. IEEE. 1961. V. ED-8, № 3. P. 193-207.

23. Петров Г.С. Обобщенные выражения для коэффициента взаимодействия и электронной проводимости в двойном высокочастотном зазоре // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1969. Вып. 5. С. 137-140.

24. Chandra К., Gavin M.R. Klystron with double-gap bunchers // Journ. Of Electronics and control. First series. 1964. V. 16, № 1. P.65-75.

25. Кацман Ю.А., Мовнин C.M. К расчету коэффициента взаимодействия и электронной проводимости для резонаторов с двумя зазорами взаимодействия // Радиотехника и электроника. 1966. T.l 1, № 12. С. 2252-2254.

26. Панов В.П., Кутузова И.В. Взаимодействие несгруппированного потока с высокочастотным полем зазора // Электронные приборы: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РРТИ, 1992. С. 93-95.

27. Хайков А.З. Клистронные усилители. -М.: Связь, 1974.

28. Панов В.П., Кутузова И.В., Юркин В.И. Коэффициент взаимодействия выходного зазора клистрона // Электронные приборы: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РРТИ, 1992. С. 91-93.

29. Малыхин А.В., Петров Д.М. К синтезу электронного сгустка в пролетном клистроне // Радиотехника и электроника. 1979. Т.24, №7. С. 1389-1395.

30. Кочетова В.А., Малыхин А.В., Петров Д.М. Критерий оптимальности и форма оптимального сгустка электронов в пролетном клистроне // Радиотехника и электроника. 1980. Т.25, №9. С. 1936-1944.

31. Кочетова В.А., Малыхин А.В., Петров Д.М. О синтезе электронного сгустка и условий его реализации в клистроне // Радиотехника и электроника. 1981. Т.26,№ 1.С. 146-154.

32. Доколин О.А., Кучугурный В.И., Лебединский С.В., Малыхин А.В., Петров Д.М. Пролетный клистрон с электронным КПД около 90% // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1984. Т.27, №12. С.47-56.

33. Малыхин А.В., Петров Д.М. Некоторые особенности решения уравнения колебания для электронного потока // Радиотехника и электроника. 1979. Т.24, №1. С. 122-131.

34. Хайков А.З. Энергетические соотношения в клистроном усилителе при двойном взаимодействии в выходной цепи // Радиотехника. 1966. Т.21, №10. С.37-44.

35. Беляев Е.Н., Самородова Г. А. Электронная проводимость многозазорных бессеточных резонаторов при больших амплитудах СВЧ-напряжения // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. С. 85-88.

36. Беляев Е.Н., Кабанова Г.Д., Петров Д.М., Самородова Г.А. Расчет многорезонаторных ускорителей электронов и усилительных клистронов методом самосогласованного поля // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1975. Вып.11. С. 37-48.

37. Muller J.J., Rostas E.E. Un generateuer a temps de transit un seul resonateuer de volume (in french) // Helvet. Phys. Acta. 1940. V. 13, № 3. P. 435450.

38. Хольман X.A. Генерирование и усиление дециметровых и сантиметровых волн. -М.: Сов. радио, 1948.

39. Лопухин В.М. Возбуждение электромагнитных колебаний и волн электронными потоками. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1953.

40. Barroso J. J. Split-cavity monotrons achieving 40 percent electronic efficiency // IEEE Transactions on Plasma Science. Piscataway. NJ. 2004. V. 32, № 3. P.1205-1211.

41. Barroso J. J. Stepped electric-field profiles in transit-time tubes // IEEE Transactions On Electron Devices. 2005. V. 52, № 5. P. 872-877.

42. Barroso J. J., Kostov K. G. Triple-beam monotron // IEEE Transactions On Plasma Science. Piscataway. NJ. 2002. V. 30, № 3. P. 1169-1175.

43. Barroso J. J. A triple-beam 6.7 GHz, 340 kW monotron // IEEE Transactions On Electron Devices. 2001. V. 48, № 4. P. 815-817.

44. Barroso J. J. Design facts in the axial monotron // IEEE Transactions on Plasma Science. 2000. V. 28, № 3. P. 450-455.

45. Трубецков Д.И., Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1996.

46. Исаев А.В., Соколов Д.В., Трубецков Д.И. Электронные СВЧ приборы с электростатическим управлением и модуляцией эмиссии // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, № 11. С. 2241.

47. Haeff A.V., Nergaard L.S. A wide-band inductive output amplifier // Proc. IRE. Mar., 1940. V. 28. P. 152.

48. Козловский М.М. Модернизация ТВ станций "Ильмень" с помощью прибора ЮТ // Электросвязь. 1992. №2. С. 4-9.

49. Priest D.H., Shrader М.В. A high-power klystrode with potential for space application // IEEE Trans, on El. Dev. 1991. V. ED-38, № 10. P. 2205.

50. Nguen K.D, Warren G.D., Ludeking L., Golphen B.F. Analysis of 425MHz klystrode // IEEE Trans, on El. Dev. 1991. V.ED-38, № 10. P. 2212.

51. Yokoo K.M, Shimawaki H., Ono S. Proposal of a high efficiency microwave power source using a field emission array // In: Techn. Digest on VI International Vacuum Microelectronics Conf. 1993. P. 153.

52. Рыскин H.M. Волновые взаимодействия в системах, содержащих электронные потоки и электромагнитные поля (нелинейные волны, модуляционная и взрывная неустойчивость). Дисс. к.ф.-м.н. Саратов, 1996.

53. Shrader М.В, Preist D.H, Geiser В. // Int. Electron Device Meet, Wash. D.C. Dec. 1-4, 1985. Techn. Dig. N.Y. 1985. P.342-345.

54. Yntire P.M., Pizek H.M., Elliot S.M., et. al. // IEEE Trans. 1989. V. ED-36, № 11. P. 2720-2724.

55. Либман И.С., Meoc B.A., Сушков А.Д., Федоров B.A. // Электронное машиностроение: Тез. докл. науч.-техн. конф. 22-24 апреля, 1988. Новосибирск: Ин-т связи, 1988. С.4-8.

56. Семенов А.С., Царев В.А. Перспективы применения клистродов в качестве мощных усилителей модулированных колебаний в телевизионных передатчиках УВЧ-диапазона // Доклады Российской академии естественных наук. Саратов: СГТУ, 1999. № 1. С. 153-157.

57. Вайман А.В., Царев В.А. Моделирование и исследование резонансных систем приборов СВЧ клистронного типа с пространственноразвитой областью взаимодействия // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2000. № 1.С. 14-18.

58. Патент №2084042 RU МКП Н01 J 25/02/Н01 J 25/04. Клистрод/ А.Ю. Мирошниченко, В.А. Царев. БИ. 1997. №19.

59. Сушков А.Д., Федяев В.К. Экспериментальное исследование гармоник тока в триод-клистроне (тристроне) // Известия вузов. Радиоэлектроника. 1969. Т. 12, № 1. С. 69-71.

60. Казаков О.В. Мощный высокоэффективный многолучевой тристрон для телевизионных передатчиков дециметрового диапазона: Дис. канд. техн. наук. Саратов: СГТУ, 2003.

61. Вайнштейн JI.A., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. -М.: Сов. Радио, 1973.

62. Пашков А.А., Илларионов Ю. И. Методика моделирования нелинейных процессов взаимодействия электронов с полями зазоров приборов клистронного типа // Вестник РГРТА. 2006. Вып. 18. Рязань: РГРТУ. С. 105-107.

63. Рамм Г.С. Триодные генераторы колебаний сверхвысоких частот. Военное издательство министерства обороны союза ССР. М.: Сов. Радио, 1955.

64. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э. 3. Численные методы анализа. -М.: Наука, 1967.

65. Кармазин В. Ю. Исследование влияния параметров катодно-сеточных узлов однолучевых и многолучевых клистродов на их выходные характеристики: Дис. канд. техн. наук. Саратов: СГТУ, 2004.

66. Сушков А.Д. Вакуумная электроника. -С-Пб: Лань, 2004.

67. Солнцев В. А. Нелинейные явления в вакуумных микроэлектронных структурах // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т. 6, № 1. С. 54-74.

68. Пашков А.А. Клистрод высокоэффективный прибор для TV вещания // Тезисы докладов "7-я Всероссийская научная конференция студентов - радиофизиков", 9-11 декабря 2003г. С-Пб.: СПбГПУ, 2003. С. 54-55.

69. Пашков А.А. Расчет предельно достижимых КПД клистрода // Тезисы докладов десятой международной науч.-техн. конф. студентов и аспирантов "Радиотехника электроника и энергетика", 2-3 марта 2004г. Москва: МЭИ, 2004. Т. 1. С. 200.

70. Федяев В.К., Пашков А.А. О предельных КПД клистрода //Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. Вып. 2(484). 2004. С. 54-59.

71. Пашков А.А. Универсальные графики движения электронов в плоском СВЧ зазоре // Информационные технологии в электронике: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 2004. С. 88-93.

72. Шевчик В.Н. Основы электроники сверхвысоких частот. М.: Сов. Радио, 1959.

73. Федяев В.К., Илларионов Ю.И., Пашков А.А. Электронная проводимость промежуточного резонатора тристрона // Материалы конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2006", 20-21 сентября 2006г. Саратов: СГТУ, 2006. С. 42-47.

74. Пашков А.А. Исследование параметров СВЧ зазора в нелинейном режиме // Научная сессия МИФИ-2004: Сб. науч. тр. Т. 1. Москва: МИФИ, 2004. С. 175-176.

75. Федяев В.К., Пашков А.А. Электронная проводимость и коэффициент полезного действия плоского сверхвысокочастотного зазора в нелинейном режиме // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50, № 3. С. 361— 365.

76. Warnecke R., Guenard P. Les tube a commande par modulation de vitesse.-Paris.: Gauthiers-villars, 1951.

77. Федяев В.К. Расчет группирования электронов в клистронах с длинными зазорами // Известия ЛЭТИ. 1966. Вып. 62. С. 287-290.

78. Solymar L. Extension of the one-dimentional (klystron) solytion to finite gaps // Electronices and control. 1961. V. 11, № 5. P. 361-383.

79. Федяев В.К., Юркин В.И., Пашков А.А. Влияние пространственного заряда на электронную проводимость и КПД монотрона // Электроника: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 53-57.

80. Агафонов Б.С. Теория и расчет радиотелефонных режимов электронных ламп.-М.: Сов. радио, 1958.

81. Федяев В.К., Рыбачек В.П., Соколовский Э.И. Математические модели и автоматизированное проектирование электронных приборов. -Метод, указ. к лаб. раб. Рязань: РРТИ, 1993.

82. Козлов В. Н., Рыбачек В. П., Федяев В. К. Модели потоков конечного диаметра для расчета электронных процессов приборов СВЧ. Деп. рукопись в ЦНИИ "Электроника". 1976. № 4153/76.

83. Федяев В.К., Козлов В. Н. Формирование электронного потока в пушке с сеткой в режиме класса В // Материалы седьмого всероссийского семинара "Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики". Москва, 2005.

84. Федяев В.К., Козлов В. Н. Способы синхронизации работы катодно-сеточных ячеек в пушке с сеткой // Материалы седьмого всероссийского семинара "Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики". Москва, 2005.

85. Федяев В.К., Буланкин В.А. Автоматизированное проектирование многорезонаторных клистронов. Метод, указ. к лаб. раб. Рязань: РРТИ, 1985.