автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Разработка электродинамических моделей и методики расчета колебательных систем для машинного проектирования коаксиальных и обращенных коаксиальных магнетронов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Для служебного пользования экз. $ 7

На правах рукописи

Еременко Алексей Леонидович

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИКИ РАСЧЁТА КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ШИННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОАКСИАЛЬНЫХ И ОЕРАЩЁНШХ КОАКСИАЛЬНЫХ МАГНЕТРОНОВ

Саец£»лъность: 05.27.02 - Вакуумная и плазменная

электроника

Автореферат диссертации на соискание учёной степейг- л кандидата технических наук '

/ 0! •' ^

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена на предприятии "Плутон".

Научный руководитель - доктор технических наук профессор Молоковский С.И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-матекатических наук профессор Макаров В.Н.

доктор физико-математических наук профессор Бобровский Ю.Л.

Ведущая организация - НКТП "Фаза", Ростов-на-Дону.

Защита состоится " //)" /^-¿¿¿Й^ 1993 г. в /О час. на заседании специализированного совета К 063.36.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией ысжно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 1993 г.

Учёный секретарь специализированного совета

Попов В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие радиолокации, радионавигации, систем связи - традиционных областей применения электровакуумных приборов сверхвысоких частот (ЭШ СВЧ), в том числе магнетронов, расширение их использования в технологических процессах и физических исследованиях, требуют усовершенствования конструкций и улучшения параметров указанных приборов. В полной мере это относится к важному классу магнетронов - коаксиальным магнетронам (КМ) и обращенным коаксиальным магнетронам (ОКМ), которые обладают такими преимуществами по сравнению с магнетронами "классической" конструкции - связочными и разно-резонаторными, как повышенная стабильность частоты, более высокие выходная мощность и коэффициент полезного действия (КПД). Указанными преимуществам! объясняется широкое применение КМ и ОКМ, а также интерес к вопросам их расчёта и проектирования.

Для КМ и ОКМ характерно наличие сложной колебательной системы, включающей в себя пространство взаимодействия, замедляющую систему (ЗС), стабилязирупзй резонатор (СР) и систему щелей связи, связывающих СР с ЗС. Важным элементом является выходное устройство, обеспе^аващее вывод СВЧ энергии в волновод нагрузки, и включающее в себя в большинстве случаев, четвертьволновый трансформатор полных сопротивлений в виде отрезка Н-об-разного волновода. Сложность а трудоёмкость изготовления колебательных систем КМ и ОКМ обосновывают необходимость проведения исследований, имеющих целью определение электродинамических параметров КМ и ОКМ расчётными методами, не прибегая к дорогостоящим экспериментам, или, по крайней мере, сводя объём экспериментальных работ к шницуыу. Особенно перспективными такие исследования становятся с возрастанием роли систем автоматизированного проектирования (САПР), применение которых позволяет значительно уменьшить трудоёмкость и ускорить разработку ЭШ СВЧ.

В исследованиях по электроданакгке колебательных систем КМ и ОКМ, выполненных и опубликованных в последние десятилетия, получен рад важных результатов. Предложены изтоды расчёта основных электродинамических параметров, сформулирована допущения, на основе которых выполнен теоретический анализ. Однако к началу выполнения настоящей работы не существовало методики, позволяющей намучить приемлемую точность совпадения расчётных дянннт

с экспериментальными. Предшествующие исследования основывались на использовании ряда допущений, а в некоторых случаях и довольно грубых приближений, не обеспечивавших требуемой точности вычислений, и позволяющих проводить только качественную ¡оценку алектродинаыических параметров КМ и ОКМ. Отсутствие возможное- . ти достаточно точного расчёта электродинамических характеристик усложняет н удорожает проектирование КМ' и ОКМ за счёт существенного возрастания объёма экспериментальных работ, требупцих значительных затрат труда и материалов.

Целью настоящей, диссертационной работа является выполнение теоретических исследований электродинамику колебательных систем КМ и ОКМ и разработка на их основе методики расчёта электродинамических характеристик, позволяющей получить удовлетворительное совпадений результатов вычислений и экспериментов.

Для достижения этой цели необходимо было решить комплекс следующих задач:

- выбрать методы анализа электродинамики стабилизирующих резонаторов КМ и ОКМ, получить соотношения для вычисления прово- ■ лимости стабилизирующего резонатора на границе со щелыо связи;

- вывести форцулы, позволявшие рассчитывать параметры Н-об-рааного волновода, на основе решения волнового уравнения, без каких-либо ограничений на размеры поперечного сечения;

- получить соотношения для учёта дополнительной трансформации сопротивления в плоскости сочленения В-образного и прямоугольного волноводов;

- разработать методику пересчёта комплексной проводимости нагрузки через стабилизирующий резонатор;

- создать расчётную модель, позволяющую с шнимяльннм количеством допущений рассчитывать электродинамические характе— ркотаки КМ и ОКМ на рабочем и паразитных ведах колебаний, в той чхоле х на длинноволновом JT-виде колебаний (ДДВ) ;

- разработать алгоритмы и программу расчёта резонансных частот, характеристической проводимости, коэффициента стабилизации

и внешней добротности;

- провести теоретическое и экспериментальное исследование различных типов КМ и (S3!.

Методы исследования. Вывод основных поломай дяп«*рта*«нно& работы основан на решении фундаментального

волнового уравнения, теории волноводов, теории СВЧ-цепей. Оценка точности разработанных алгорштмоз и програ<и осуществлялась сравнением численных результатов с резуяьтат&'а! экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показано, что неоднородность в плоскости сочленения прямоугольного волновода нагрузки и четвертьволнового трансформатора в ваде отрезка Н-образного волновода существенна, поэтому необходим учёт дополнительной трансформации сопротивления в указанной плоскости сочленения на основе точного решения волнового уравнения.

2. Разработана методика пересчёта комплексной проводимости нагрузки через стабализирущий резонатор, учитывающая возмущение электрогзшштного псшя стабЕшзЕругацего резонатора щелями связи и щельо вывода энергии.

3. Показано, что для расчёта резонансных частот паразитного длинноволнового ^Г-ввда колебаний (ДПВ) с приемлемой точностью необходимо учитывать влияние прилегающих к щелям связи резонансных полостей. Создана расчётная модель, позволяющая рассчитывать критические длины волн колебательной системы на ДПВ.

4. На основе единого подхода к теоретическому анализу различных волноводно-резонаторных элементов, входящих в колебатель-нув систему, разработана расчётная модель, позволяющая с минимальныи количеством допущений рассчитывать электродинамические характеристики КМ а ОКМ на рабочем и паразитных видах колебаний, в том числе на ДПВ.

5. Показано, что устранение ДПВ из спектра частот Ш и ОКМ, или, по крайней мере, сведение его метящего действия к минимуму, возможно при уменьшении до нескольких микрон толщины металлической цшшндрической стенки анодного блока, выполненной в виде напыления на цилиндрической керамической подложке.

6. Предложенные методы расчёта электродинамических характеристик КМ и ОКМ позволили создать быстродействующую программу ТУИЕ. расчёта резонансных частот, характеристической проводимости, коэффициента стабилизации и внешней добротности.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

I. Разработанные методика и програмаа позволяют рассчиты-

л. электродинамические характ еристики КМ и О КМ с точностью, V. статочной для проектирования и усовершенствования КМ и ОКМ.

2. Программа позволяет проводить оптимизацию конструкций ксаебательных систем и выходных устройств КМ и ОКМ.

3. Программа расчёта электродинамических характеристик КМ и ОКМ пригодна для использования в системе автоматизированного проектирования магнетронов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Неоднородность в плоскости сочленения прямоугольного волновода нагрузки и четвертьволнового трансформатора в виде отрезка Н~сх5разного волновода существенна (расчётный коэффициент трансформации сопротивления в этой плоскости составляет 5-6), поэтому вычисление внешней добротности КМ и ОКМ с приемлемой точностью возможно только при учёте дополнительной трансформации сопротивления в указанной плоскости сочленения на основе точного решения волнового уравнения.

2. При расчёте внешней добротности КМ и ОКМ необходимо учитывать возмущение электромагнитного пшш стабилизирующего резонатора, характеризующееся двумя факторами - изменением закона распределения электромагнитного поля вдоль щелей связи и вывода энергии, а также появлением тангенциальной составляющей электрического поля на границе стабилизирующего резонатора с указанными щелями.

3. Электромагнитное поле ДПВ существует не только в щелях связи, но и в прилегающих к ним резонансных полостях - стабилизирующем резонаторе и коаксиальных зазорах между цилиндрическими поверхностями анодного блока и полюсных наконечников. Поэтому для расчёта электродинамических характеристик КМ и ОКМ на ДПВ с приемлемой точностью необходим учёт влияния указанных резонансных полостей.

4. Устранение ДПВ из спектра частот КМ и ОКМ, или, по крайней мере, сведение его ыешащего действия к минимуму» возможно при уменьшении до нескольких микрон толщешы цилиндрической металлической стенки анодного блока, выполненной в виде напыления на цилиндрической керамической подложке.

Апробация результатов работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Всесоюзном научном семинаре по электродинамике периода-

ческах и нерегулярных структур при секцш электроники НТО РЭС им. Л.О. Попова, Москва, 1988;

- Всесоюзном научном семинаре по электродинамике периодических и нерегулярных структур при секции электроники НТО РЭС им. A.C. Попова, Москва, 1992.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, среди которых три изобретения и три статьи.

Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии "Плутон" и в Харьковском институте радиоэлектроники.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов с выводами , заключения, списка принятых обозначений и списка литературы, включавшего 63 наименования. Основная часть работы изложена на 156 странздах капинопасного текста. Работа содержит 43 рисунка и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследования, сформулированы цель и основные задачи работы, изложены основные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассматривается совре}*эн-ное состояние проблемы расчёта электродинамических характеристик колебательных систем а выходных устройств КМ и ОКМ.

На основе литературных данных проанализированы методы расчёта резонансных частот, коэффициента стабилизации и внешей добротности колебательных систем КМ и ОКМ. Обзор публикаций показывает, что используемые расчётные модели основаны на ряде грубых допущений, ограничиващих общность их применения и не позволяющих получить требуемой точности расчёта. Вычисленные резонансные длины волн КМ и ОКМ на ДПВ отличаются от соответствующих экспериментальных результатов пргшерно на 30 %, что свидетельствует о неточности используемой расчётной модели и о необходимости разработки методики, обеспечивающей гяеньшее расхождение с экспериментом. Существующие методы расчёта коэффициента стабилизации применимы лишь на рабочем виде колебаний и не обеспечивают возможности вычисления этого параметра для ближайших

паразитных видов колебаний, что не позволяет проводить оценку их конкурентоспособности по отношении к рабочему виду колебаний.

Существующие метода расчёта внешней добротности КМ и ОКМ используют прн пересчёте сопротивления нагрузки через стабилизирующий резонатор баланс активных мощностей, что позволяет выполнять такой пересчёт только для активной составляющей сопротивления нагрузки. При этом влияние реактивной составлявшей на выходе четвертьволнового трансформатора не учитывается. Кроае того предполагается, что высокочастотные токи в стенках реального стабилизирующего резонатора, имеющего щели связи и щель вывода энергии, такие же, как и в идеальней стабилизирующем резонаторе. При этом возмущение электромагнитного поля стабилизирующего резонатора щелями связи и щелью вывода энергии, по существу, не учитывается. Указанные допущения приводят к уменьшению точности расчёта внешней добротности КМ и ОКМ.

Обзор литературных данных и численные расчёты показывают, что существующие методы вычисления эквивалентного сопротивления четвертьволновых трансформаторов в виде отрезка Н-образного волновода неудовлетворительны либо в отношении точности расчёта, либо в отношении универсальности применения. Использование квазистатического приближения устанавливает ограничения на геометрические размеры поперечного сечения Н-образного волновода. Грубыми приближениями являются методы, основанные на аналогии с длинными линиями и понятии эквивалентной ёмкости. Численные расчёты эквивалентного сопротивления Н-грансформаторов, реально применяющихся з КМ и ОКМ различных типов, выполненные с использованием описанных в литературе методов, показали, что отлитая между результате^ вычислений иогут доходить до 30 %. Это означает, что вопрос о возможности применения существующих методик расчёта эквивалентного сопротивлений Б-образного волновода требует дополнительного исследования с использованием результатов, полученных на основе точных выражений для электрокшвитных полей в Н-образном волноводе.

Дополнительного исследования требует также вопрос о вычислении активных и реактивных сопротивлений и проводимостей различных волноводно-резонаторных элементов колебательной системы, поскольку в опубликованных работах даны различные рекомендации на этот счёт. В некоторых работах сопротивление и проводимости

рассчитываются исходя из высокочастотной мощности и квадрата амплитуда высокочастотного напряжения, в некоторых - исходя из амплитуд высокочастотного тока и высокочастотного напряжения, а в некоторых - на основе высокочастотной мощности и квадрата амплитуды высокочастотного тока. Выбор методики расчёта проводи-мостей и сопротивлений осуществляется, в основном, по результатам экспериментов, поэто&^у существует необходимость расчёта электродинамических характеристик КМ и ОКМ с использованием различных методик и выработки рекомендаций относительно их применимости исходя из сравнения с экспериментальными результатами.

На основе материала данного раздела сделаны следующие выводы:

1. Существующие методы расчёта резонансных частот, коэффициента стабилизации и внешней добротности КМ и ОКМ либо не обеспечивают требуемой точности, либо не обладают универсальностью, позволяющей применять указанные методы для расчёта электродинамических характеристик рабочего и паразитных видов колебаний,

в том числе ДПВ.

2. Вопрос о возможности применения имеющихся в литературе формул дая расчёта эквивалентного сопротивления Н-образного волновода требует дополнительного теоретического исследования на основе точных выражений для электромагнитных полей в указанном волноводе.

Второй раздел посвящён теоретическому анализу электродинамики различных волноводно-резонаторных элементов, входящих в колебательную систему КМ и ОКМ. Описаны и обоснованы основные исходные положения и допущения такого анализа. Показано, что принятые допущения не противоречат физическое смыслу явлений в КМ и ОКМ, и большинство из них использовалось в ранее опубликованных работах, относящихся к электродинамике КМ и ОКМ, а их количество меньше, чем в любой из этих работ.

Анализ электродинамики стабилизирующих резонаторов выполнен для трёх тино» магаетронов: коаксиального магнетрона (КМ), обращенного коаксиального магнетрона (ОКМ) и торцевого стабилизированного магнетрона (ТСМ). Для этих типов магнетронов получены соотношения,-позволяющие рассчитывать проводимость стабилизирующего резонатора на границе со щелью связи, (I) исходя из амплитуд высокочастотного тока и напряжения, а также (2) исходя

из высокочастотной мощности и квадрата амплитуды высокочастотного напряжения. Указанные соотношения получены как с учётом неоднородности, вносимой щелями связи в стабилизирующий резонатор, так и без этого учёта. Показано, что первый из упомянутых методов расчёта обладает преимуществами как в отношении простоты вычислений, так и в отношении общности применения.

С использованием точных выражений для электромагнитных полей в Н-образном волноводе выведены фощулы для расчёта эквивалентного сопротивления такого волновода как на основе амплитуд высокочастотного тока и напряжения, так и на основе высокочастотной мощности и квадрата амплитуды высокочастотного напряжения. Показано, что результаты вычислений по этим формулам практически не зависят от величин входящих в них произвольных коэффициентов. Для сценка возможности применения приближённых формул, известных из литературных источников, проведено сравнение величин эквивалентного сопротивления Н-образного волновода, полученных по точной формуле, с результатами расчёта по приближённым формулам. Показано, что некоторые из приближённых формул вообще не пригодны для практического использования, а другие имеют ограниченный диапазон применения.

Третий раздел посвящен выводу соотношений и созданию расчётных моделей для вычисления электродинамических характеристик колебательных систем в целом на основе проведённого во втором разделе анализа электродинамики волноводно-резо-нжгорных элементов колебательных систем. Описана расчётная модель для определения резонансных частот, коэффициента стабилизации и характеристической проводимости как нагруженных, так и неиагруженных колебательных систем КМ и ОКМ. Выводятся фор-цгды для пересчёта комплексной проводимости нагрузки через ста-rian.1 iiijjjaptfl резонатор. Выясняется физический смысл: коэффициентов в эяк фощулах, на основе граничных условий проводится вывод всех необходимых соотношений как для КМ, имеющего аксиальную цель зшвода энерлни в цилиндрической стенке стабилизирующего резонатора, так и для ОКИ, у которого радиальная щель вывода энергии выполнена в торцевой стенке стабилизирующего резонатора. В последней из указанных случаев при выводе соотношений жсаольхуется фодоха для расчёта проводимости стабилизирующего резонатора на границе со щелью связи ТОМ. Все соотношения полу-

чены как на основе определены прсводпюстей через амилг/дн высокочастотного тока я напряжения, так ж на основе определяли* проводвюстей через высокочастотную мощность к квадрат ашлжту-ды высокочастотного напряжения. При этом обеспечена возможное» учёта неоднородности, вносимой целями связи х цахыо вывела энергии в стабилизирующий-резонатор.

Описана расчётная модель, созданная для вычисления ажектро-динамических характеристик КМ к ОКМ на ДДВ, учнтывагщая наличие едпжтлг резонансных полостей, пралегапцих к щелям связи. Эта модель предусматривает возможность учёта при вычислении крщтячео-ких длин волн колебательной системы на ДИВ влияния пространства взаимодействия и замедтаадей системы, что позволяет новыовь точность вычислений.

С использованием точных выражений для электромагнитных нолей в Н-образном волноводе в приближении одной распространяющейся волны низшего типа получены формулы, позволяете рассчитывать коэффициент трансформации сопротивления в плоскости сочленения Н-образного н прямоугольного волноводов. Показано, что с использованием условий ортонормированности собственных векторных функций и единственности решения можно однозначно определить произвольные коэффициенты, входящие в формулы дня вычисления эквивалентного сопротивления Н-образного волновода.

Разработана методика расчёта внешней добротности КМ и ОКМ, основывающаяся на подученных соотношениях для расчёта параметров различных волноводно-резонаторных элементов, входящих в колебательную систем.

Описана быстродействующая программа Т1/Л/Е э созданная о использованием соотношений, полученных в результате анализа электродинамика валноводно-резонатерных элементов колебательных систем КМ и ОКМ, на основе разработанных электродинамических моделей и методики расчёта. Программа ТМЕ написана на языке ФОРТРАН и предназначена для вычисления на ЭШ ЕС-1061 таких электродинамических характеристик КМ и ОКМ, как резонансные частоты, коэффициент стабилизации, характеристическая проводимость и внешня? добротность. Эти параметры можно рассчитывать не только на рабочем виде колебаний, но также на ближайших паразитных видах колебаний - ДПВ, НМ1 , Н«* ,Нан ,Нзи Мци и т. д. Это важно для оценки конкурентоспособности паразитных видов колебаний по отношению к рабочецу виду колебаний.

Четвёртый раздел посвящён сопоставлению результатов вычислений о экспериментальными данными ж оценке эффективности методики расчёта.

Выполнены эксперименты, имевшие целью:

- проверку обоснованности использованных про теоретическом анализе допущений;

- оценку точности и проверку универсальности соотношений, полученных в результате теоретического анализа;

- оценку эффективности разработанной методики расчёта электродинамических характеристик КМ и ОКМ посредством её использования для усовершенствования ранее созданных конструкций, а также подтверждение возможности её применения для реализации новых технических решений, способных улучшить параметр! КМ и ОКМ.

Проведена проверка точности вычисления резонансных частот и коэффициента стабилизации КМ и ОКМ. Установлено, что отличие расчётных результатов от экспериментальных не превышает на рабочем виде колебаний для резонансных, частот - 0,5 %, даш коэффициента стабилизации - Ю %. Для ДПВ отличие вычисленных резонансных частот от экспериментально определённых не превышает 5 %. Показано, что учёт неоднородности, вносимой в стабилизирующий резонатор щелями связи, позволяет существенно повысить точность расчёта коэффициента стабилизации. Показано танке, что модель, основанная на определении сопротивлений и проводимостей через амплитуды высокочастотного тока и напряжения обладает преимуществом в отношении точности расчёта по сравнению с моделью, основанной на определении сопротивлений и проводимостей через высокочастотную мощность и квадрат амплитуды высокочастотного напряжения.

Отличие расчётных значений резонансных частот от экспериментально определённых для ближайших паразитных видов колебаний , , Нщ .Hi«* не превышает 2,5 %, а для наиболее опасных паразитных видов колебаний, как ближайших к рабочему виду в спектре частот КМ, Нщ вида и Hi,« вида, точность расчёта резонансных частот высока - отличие от экспериментально измеренных величин не превышает 0,6 %.

Проведено сопоставление расчётных и экспериментальных результатов определенен внешней добротности КМ и ОКМ как на рабочем виде колебаний, так и на ближайших паразитных видах коле баг-

ний, в том числе на ДПВ. На рабочем виде колебаний вычисления внешней добротности выполнены с использованием расчётных моделей, основанных на (I) определении проводимостей и сопротивлений через амищтуды высокочастотного тока и напряжения и (2) определении проводимостей и сопротивлений через высокочастотную мощность и квадргт амплитуды высокочастотного напряжения. Для обеих указанных моделей расчёт выполнен с учётом неоднородности, вносимой в стабилизирующий резонатор щелями связи и щелью , вывода энергии. Кроме того, для первой из указанных моделей выполнен расчёт внекней добротности КМ и ОКМ на рабочем виде колебаний без учёта упомянутой неоднородности, что позволило оценить прещщество такого учёта в отношении точности вычисления внешней добротности в сравнении с экспериментальными результатами. Вычисления внешней добротности на ближайших паразитных видах колебаний выполнены в соответствии с расчётной моделью (I) с учётом чеоднородности, вносимой в стабилизирующий резонатор целями связи и щелью вывода энергии. С использованием этой расчётной модели для оценки влияния на точность расчёта внешней добротности трансформации сопротивления в плоскости сочленения В-образного четвертьволнового трансформат ора и прямоугольного волновода нагрузки выполнены вычисления внешней добротности КМ и ОКМ на рабочем виде колебаний без учёта такой трансформации. Проведено сопоставление с расчётными данными, полученными с учётом указанной трансформации, а также с экспериментальными результатами. Ешюднены вычисления коэффициентов трансформации в плоскости сочленения Б-сбразного и прямоугольного волноводов с размерами, соответствувзаш реальным размерам для четырёх типов КМ. Установлено, что коэффициент трансформации составляет 2,4 - 6,3, что обосновывает необходимость учёта дополнительной трансформации сопротивления в указанной плоскости сочленения при расчёте внешней добротности.

Показано, что наилучшая точность вычисления внешней добротности для всех рассчитанных и измеренных КМ и ОКМ достигается при использовании расчётной модели (I), основанной на определение: проводимостей и сопротивлений через амплитуды высокочастотного тока и напряжения, с учётом неоднородности, вносимой в стабилизирующий резонатор щеляш связи и целью вывода энергии. Отличие вычисленных значений внешней добротности от результатов, полученных экспериментально, не превышает на рабочем виде коле-

баней 40 %, на ДПВ к друпос блташйтпс паразитных видах колебаний - 50 %. Показано, что в случае неучёта дополнительной трансформации сопротивления в плоскости сочленения Н-образного и прямоугольного волноводов величина Енешней добротности, вычес-ленная для четырёх типов КМ и одного теш ОВД, полет превышать соответствующую экспериментально определённую величину в 1,5 -6 раз.

Проведена оценка эффективности расчётных алектроданашчео-ких кетодов посредством их пршзненш для усовершенствования конструкций КМ и ОКМ. За счёт коррекции геометрических рааш-ров колебательной системы КМ уменьшен перепад коэффициента стабилизации в рабочем диапазоне частот, и, соответственно, перепад таких параметров, как собственная добротность, КЦД, еыход-ная мощность. Уменьшение диаметра внутреннего проводника стабилизирующего резонатора ОКМ позволило повысить коэффициент стабилизации в рабочем диапазоне частот, и соответственно увеличить КПД п выходную мощность. Таким образом показано, что разработанная методика расчёта и прогрева для вычисления алент-роданамгческих характеристик щхшешаш для усовершенствования конструкций колебательных систем КМ и ОКМ.

Поашио использования для усовершенствования конструкций КМ и ОКМ, разработанная методика расчёта алектродннаетгесаих характеристик прешзнпш. для оценки оаадаешй эффективности принципиально новых технических решений, позводящах получать в пэр-спьктЕса аначйтелкшй выигрыш в таких паргазграх, как КЦД, выходная шщаость, стабильность частоты, диапазон перестройки частоты. В частности, на основе теоретического анализа предасеена кс1Глгрухции колебательной састеца КМ или ОКМ, обеспечЕхахсзя устранение из спектра частот видов колебаний наиболее опасного из паразитных видов - ДИВ, или, по крайней кара, сведете его ызвшщзго дейотаия к ьшницуку. Энергия ДПВ сосредоточена, в основном, в объёме, зантапямом щеляма связи, поэт сиу прд ухюнь-шензн этого объёма уменьшается энергия, запасаешя колебательной системой на ДПВ, ж, соответственно, ослабляется его пешащае действие и конкурентоспособность по отнсшешт к рабочему таду колебаний. Таинственной возиозиостью значительного сокращения объёга, занимаемого щеляш связи, гЕзяетеи уиеньазнве их радиальной протяжённости, что осущастьимо щз выполнении цилиндре-

ческой металлической стенки анодного блока в виде напыления на цалшодшческой керамической подложке. Расчёты электродинамические характеристик свидетельствуют о том, что конкурентоспособность ДПВ по отношению к рабочему виду колебаний значительно уменьшается при последовательном уменьшении толщины цилиндрической металлической стенки анодного блока, а при достижении этой толщины нескольких микрон ДПВ совсем исчезает из спектра частот КМ шш ОКМ.

Предложенное техническое решение позволяет повысить ста-с:1ГЪНость высокочастотного ккпульса колебаний, генерируемых маг-кетроном, поскольку мешающее действие ДПВ проявляется в повышенных флуктуациях переднего фронта этого импульса. Кроме того, появляется возможность обойтись без специальных поглотителей ДПВ, что, в свою очередь, позволяет повысить контурный КПД и выходную мощность магнетрона.

В заключении суммируются основные результаты работы.

ОСГОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАШШ

1. Выполнен теоретический анализ электродинамики стабилизирующих резонаторов КМ п ОКМ, получены соотношения дай вычисления проводимости стабилизирующего резонатора на границе со щелью связи.

2. На основе выражений для электромагнитных полей низшего типа волны Н-образного волновода, полученных из решения волнового уравнения, выведены формулы, позволяющие рассчитывать эквивалентное сопротивление Н-образного волновода без каких-либо ограничений на геометрические размеры поперечного сечения. Проведено сопоставление с известными приближёнными формулами, показана ограниченность, а в ряде случаев и невозможность их применения.

3. Получены соотношения для учёта дополнительной трансформации сопротивления в плоскости сочленения Н-образного и прямоугольного волноводов. Показано, что без такого учёта вычисление внешней добротности КМ и ОКМ с приемлемой точностью невозможно.

4. Разработана методика пересчёта комплексной проводимости

нагрузка через стабилизирующий резонатор, учитывающая воз'»ущз-ше алектротгнитного поля стабигизпру'дцего резонатора щелш£> связи п целью вывода энерпн.

5. Показано, что для расчёта резонансных частот паразитного длинноволнового ¡»Т-Бзда колебаний с приемлемой точностью необходимо учитывать влияние прилегающих к щелям связи ре бону сных полостей. Создана расчётная вдцель, позволяющая рассчнтв-вать критические длины волн колебательной система на длешгоеол-новом ^7"-ваде колебаний.

6. На основе единого подхода к теоретическому анализу различных волноводно-резонаторных алегантов, входящих в колебательную сястеыу, разработана расчётная модель, позволяющая с иш-мальным количеством допущений рассчитывать электродинамические характеристики КМ и ОКМ на рабочем и паразитных видят колебаний, в том числе на длинноволновом ^чвиде колебаний.

7. Показано, что устранение длинноволнового 5Т-внда колебаний из спектра частот КМ и ОКМ, или, по крайней мере, сведение его мешающего действия к минимуму, возможно при уменьшении до нескольких микрон толщины цилиндрической металлической стешси анодного блока, выполненной в виде напыления на цилиндрической керамической подложке.

8. С использованием полученных соотношений создана быстродействующая программа расчёта резонансных частот, характеристической проводимости, коэффициента стабилизации и внешней добротности, обеспечивающая вычисление указанных параметров с точностью, достаточной для проектирования и усовершенствования КМ и ОКМ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Еременко А.Л., Шхифер Э.Д. К методике расчёта колебательной системы обращенного коаксиального магнетрона // Электронная техника. Сер, I. Электроника СВЧ. - 1978. - Вып.7. -

С.26 - 30. .

2. Еременко А.Л., Шлифер Э.Д. К расчёту нагруженных колебательных систем коаксиальных, обращенных коаксиальных и торцовых стабилизированных магнетронов. 4.1. Методика расчёта и исходные соотношения // Радиотехника. - 1983. - Вып.65. - С.47 -54.

3. Еременко А.Л., Шлифер Э.Д. К расчёту нагруженных колебательных систем коаксиальных, обретённых коаксиальных и торцовых стабилизированных магнетронов. 4.2. Расчёт выишния нагрузки и сопоставление с экспериментальными результатами // Радиотехника. - 1983. - Вып.65. - С.54 - 58.

4. A.c. 273646 СССР, МКЙ4 Ю1 ) 23/30. Колебательная система коаксиального и обращенного коаксиального ыагнетронаДЬзрку-шов В.И., Еременко А.Л. (СССР). - 3I5200I/3I60528/3I60529; Эа-явл. 12.09.86.

5. A.c. 294022 СССР, МКИ4 HDI j 23/30. Колебательная система коаксиального магаетрона/Меркушов В.И., Еременко А.Л. (СССР). -3154598; Заявл. 8.ID.86.

6. A.c. 319330 СССР, МКИ4 Ю1 j 23/30. Малготрон с широкодиапазонной дискретной перестройкой частоты/Мернушов В.И., Еременко А.Л., Овчинников И.А. (СССР). - 4512543; Заявл. 1.Ш.90.