книги / Элементы и устройства систем низких и сверхвысоких частот
..pdfКак видно из рис.1, паразитный вид доминирует на более низких анодных напряжениях, что соответствует экспериментальным данным. Причем при большей частот ной расстройке (у=8 и отчасти у=7.75) происходит срыв колебаний паразитного вида до начала взаимодействия электронного потока с основным видом колебаний. При небольшой частотной расстройке между паразитным и ос новным сигналом, зоны усиления обоих видов пересека ются. Обращает на себя внимание следующее: если один вид колебаний находится в синхронизме с электронным
потоком и |
происходит его усиление, то |
и для другого |
вида также |
наблюдается незначительное |
усиление (это |
особенно заметно на рис.1,в). По всей видимости элек тронные спицы, создаваемые одним из сигналов, частич но поддерживают незначительное увеличение и другого
вида. |
использовать |
Разработанную модель предполагается |
|
для анализа различных эффектов, связанных |
с возможно |
стью работы усилителей М-типа на различных видах ко лебаний. В частности, для определения токов «срыва» и «перескока» паразитных видов, влияющих на ширину об ласти рабочих токов, которая является важнейшей экс плуатационной характеристикой магнетронных усилите лей.
ЛИТЕРАТУРА4321
1.Yu S.P., Kooyers G.P., Buneman О. Time-Dependent computer Analysis of Electron-Wave Interaction in Crossed Field. //Journ.Appl.Phys.,1965.- Vol.36.- N
8.- P.2550-2559.
2.Терентьев А.А., Ильин E. M., Байбурин В.Б. Многопе риодная численная модель усилителей М-типа с рас пределенной эмиссией //Изв. вузов МВ и ССО СССР.
Радиоэлектроника.- 1986,- Т. 29, № 10.- С. 72-79.
3.Терентьев А.А., Ильин Е. М., Байбурин В.Б. Числен ное моделирование многоволновых процессов в магне
тронных усилителях //Изв. вузов МВ и ССО СССР. Ра диоэлектроника.- 1987.- Т.30, № 10.- С. 63-65.
4.V.B. |
Bayburin, |
A.A. Terentiev, |
V.I. Vislov, |
|
А.В. |
Levande, |
I.K. Guriev, |
A.A. |
Sysuev Computer |
simulation of magnetron devices //Applied Surface Science^ 2003. - Vol.215. - P.301-309
Гв.А.Сосунов |
А . А .Скворцов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ШЛЕЙФОВЫХ РАЗВЕТВЛЕНИЙ
СМНОГОГРЕБНЕВЫМИ ВОЛНОВОДАМИ СВЯЗИ
Впоследние годы в технике СВЧ все чаще начинают применяться многогребневые волноводы (МГВ) [1,2], ис пользование которых при создании волноводных уст ройств позволяет существенно улучшить их электродина мические характеристики.
Как показано в работах [3-5], применение волново дов связи сложных сечений позволяет существенно уменьшить перепад передаточных характеристик шлейфо вых разветвлений.
С учетом сказанного, в настоящей работе |
исследова |
на возможность применения МГВ в качестве |
элементов |
связи шлейфовых разветвлений СВЧ-устройств. |
представ |
Макет экспериментального СВЧ-устройства |
лял собой два коллинеарных волновода прямоугольного
поперечного сечения 8 |
х 17 мм2 (основной) и |
2,35 |
х 17 |
мм2 (вспомогательный), |
связанных между собой |
по |
общей |
широкой стенке посредством двух одинаковых отрезков шестигребневых волноводов (ШГВ) (рис. 1) . Геометриче ские размеры использованных в качестве шлейфов (вол новодов связи) отрезков ШГВ приведены в табл.1.
Величина переходного ослабления на частотах, где направленность превышала 10-15 дБ, рассчитывалась по измеренным значениям баланса выходных плеч В по фор муле
С= 10lg[l + antilg(B/lО)].
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
№ волновода |
3lm |
Ьщ» |
Sim |
|
tim |
dim |
£>ш> |
связи |
мм |
ММ |
ММ |
ММ |
ММ |
ММ |
мм |
ШГВ 1 |
16,9 |
1,42 |
2,5 |
2,4 |
2,5 |
0,66 |
0,2 |
ШГВ 2 |
0,78 |
0,4 |
|||||
ШГВ 3 |
|
|
|
|
|
0,91 |
0,6 |
Рис. 2
Приведенные на рис. 2 результаты экспериментальных исследований передаточных характеристик шлейфовых разветвлений с ШГВ связи показали, что при увеличении критической длины квази-Ню волны таких волноводов, например, за счет уменьшения зазора между центральны ми гребнями, происходит увеличение критической длины
квази-Нго волны. Это ведет к появлению резких скачков
частотной характеристики переходного ослабления (ШГВ
1) . При увеличении зазора между центральными гребнями быстро уменьшается критическая длина основной волны, что ведет к увеличениюперепада частотной характери стики переходного ослабления в области нижних частот
рабочего диапазона связываемых волноводов (ШГВ 3) .
Улучшение частотных характеристик шлейфовых разветв лений на основе таких волноводов возможно при увели
чении числа гребней до 5-7. Однако, это ведет к уве
личению трудоемкости изготовления области связи СВЧустройства.
Таким образом, результаты проведенных эксперимен тальных исследований передаточных характеристик шлей фовых разветвлений с ШГВ связи могут быть использова ны при проектировании СВЧ-устройств на связанных вол
новодах различного |
назначения. |
||
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
1. Hodjat |
F. Wideband waveguides // Microwave Power. |
||
1977. |
№ 12. |
- P. 61 |
66. |
2.Lu M., Leonard J. P. On the field patterns of the modes in antipodal ridge waveguide by finite ele
ment method // Microwave and optical technology letters. - 1977. - Vol. 36, № 2. - P. 7 9 - 8 2 .
3. Волноводы сложных сечений / Заргано Г.Ф. и др.
М.: Радио и связь, 1986. - 124 с.
4.Сосунов В. А. Шлейфовые волноводные разветвления и устройства на их основе - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1995. - 104 с.
5.Скворцов А. А. СВЧ-устройства на связанных волно водах для термообработки диэлектрических материа
лов: Дис. |
канд. техн. наук. - Саратов, 2003. |
167 с.
|В.А.Сосунов | А.А.Скворцов
Д.А.Иовов
СВЧ-УСТРОЙСТВО НА СВЯЗАННЫХ ПРЯМОУГОЛЬНОМ И ПОЛУКРУГЛОМ ВОЛНОВОДАХ
ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИДКИХ И СЫПУЧИХ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
В последние годы в технике СВЧ все чаще начинают применяться волноводы полукруглого сечения [1, 2], использование которых при создании волноводных уст ройств позволяет существенно улучшить их характери стики: сократить габариты, уменьшить потери и снизить уровень высших типов волн. Это связано с тем, что в поперечном сечении полукруглого волновода (ПКрВ) име ются прямолинейные и круглые участки, наделяющие его свойствами как круглого, так и прямоугольного волно водов, причем в зависимости от величины участков пре обладают те или иные свойства.
Следует заметить, что для прямоугольных волноводов (ПрВ) характерны относительная широкополосность и по ляризационная устойчивость структуры поля, связанная с наличием прямолинейных участков в поперечном сече нии, тогда как круглым волноводам (КрВ), являющимся поляризационно-неустойчивыми и относительно узкопо
лосными, свойственно существование аномальных мод И 0п,
у которых затухание уменьшается по мере возрастания частоты. Последнее обусловлено наличием круглых уча стков в поперечном сечении волновода.
В ПКрВ могут распространяться с сохранением крити
ческих |
частот все магнитные волны, |
свойственные |
КрВ, |
и все |
электрические, за исключением |
вырожденных |
волн, |
для которых на плоской поверхности не выполняются граничные условия. Рабочими волнами ПКрВ являются мо ды типа Н п и Н 10.
Низшую критическую частоту в ПКрВ имеет волна, типа Ни, по структуре близкая к структуре основных волн в ПрВ и КрВ. отсутствие в ПКрВ электрически вырожденных волн расширяет его диапазон работы на доминантной волне по сравнению с КрВ и приближает к полосе про пускания ПрВ.
Рис. 1
Возбуждение основной волны в ПКрВ можно осущест вить через совокупность волноводов связи (шлейфов), расположенных на прямолинейном участке ПКрВ и связы вающих его с широкой стенкой ПрВ, к которому подклю чается источник СВЧ-мощности (рис. 1).
Как показано в работе [2], коэффициент передачи шлейфового разветвления СВЧ-устройства, в котором ПрВ связан с ПКрВ с помощью ПрВ, при отсутствии обрабаты ваемого материала во вспомогательном волноводе опре деляется выражением
IK- |_ ашЬцДпц, cosQth/a,) |
ц?, |
*Vk*(а,Ь,тсК1Хв1Хв2),/2
где k*«2; |
хи = 1,841 - |
1-й |
корень производной |
функции |
Бесселя первого рода |
1-го |
порядка; a,f bj - |
размеры |
|
первичного |
волновода; |
а|И, |
Ьш - размеры волновода свЯ~ |
зи; h - смещение центра волновода связи относительно
средней |
линии широкой |
стенки первичного |
волновода |
(ПрВ); |
Хтп, А,п| и Хв2 “ |
длины основной волны |
в шлейф |
основном и вспомогательном волноводах.
Влияние диэлектрического материала во вспомог#"* тельном волноводе на коэффициенты передачи шлейфов^* разветвлений СВЧ-устройства можно оценить, использ/я соотношения, полученные в работе [3] . Причем зависН”
мость переходного ослабления СВЧ-устройства от ди электрической проницаемости обрабатываемого материа ла, расположенного в его вторичном волноводе, умень шается, если волноводы связи не перекрываются диэлек триком .
В реальных конструкциях СВЧ-устройств на связанных ПрВ и ПКрВ применение в качестве шлейфов ПрВ с вели чиной широкой стенки аш =2К2 позволяет получить вполне удовлетворительные диапазонные характеристики, по скольку критическая длина волны образующего шлейф волновода не меньше критических длин волн связываемых волноводов. Для дальнейшего выравнивания диапазонной
характеристики |
переходного |
ослабления СВЧ-устройства |
на связанных |
ПрВ и ПВВТР, |
обусловленной изменением |
диэлектрической проницаемости в процессе термообра ботки, необходимо использовать шлейфы сложных попе речных сечений, которые по сравнению со связываемыми волноводами имеют не только большую критическую длину волны, но и больший диапазон работы на доминантной волне.
Необходимое распределение энергии возбуждаемой волны по длине обрабатываемого материала может быть достигнуто несколькими способами: за счет выбора раз
меров |
волноводов |
связи, |
за |
счет расположения шлейфов |
||
на широкой стенке |
основного |
волновода, |
за счет изме |
|||
нения |
высоты |
ПрВ |
по заранее заданному закону [3] . |
|||
Возможно также |
сочетание |
перечисленных |
выше способов. |
С технологической точки зрения предпочтение следует отдать последнему способу, когда размеры шлейфов ос таются постоянными.
Из сказанного выше следует, что СВЧ-устройство на связанных ПрВ и ПКрВ имеет достаточно высокие элек тродинамические параметры и может успешно применяться в технологических установках для термообработки жид ких и сыпучих диэлектрических материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1.Suzuki N ., Shimada S. A43t087GH* semicircular waveguide de type bande-splitting filter //Rev. Elec.Commun.Lab. -1974. -Vol.22, №7-8. -P. 728-740.
2.Сосунов В.А. Шлейфовые волноводные разветвления и устройства на их основе -Саратов: Сарат.гос.техн. ун-т, 1995. -104 с.
3.Скворцов А. А. СВЧ-устройства на связанных волново дах для термообработки диэлектрических материалов: Дис. канд. техн. наук. - Саратов, 2003. -167 с.
В . А .Алексашенко И.А. Володин В .Г .Дмитриев Ю.М.Перуков В .И .Сергеев
\В.А.Сосунов |
3.Н .Фёдорова
О НЕКОТОРЫХ МЕХАНИЗМАХ ФОРМИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СВЧ КОЛЕБАНИЙ
ВИНТЕРЕСАХ РАДИОЛОКАЦИИ
Сучётом постоянного использования пачек СВЧ им пульсов для облучения объектов в интересах их радио локационного обнаружения, вопросы о генерировании та ких пачек мощных коротких СВЧ импульсов представляют ся крайне актуальными. Следует также отметить, что в большом количестве известных случаев радиолокация производится за счёт использования различного рода нелинейных, в том числе, резонансных, эффектов, воз никающих на облучаемом объекте (например, эффект па раметрического поглощения энергии). При рассмотрении физики таких нелинейных эффектов представляется оче видным, что радиолокационные сигналы являются, в на званных случаях, линейными, а нелинейные реакции, воз
никают только при взаимодействии импульсов облучения
с поверхностью объекта. Исходя из анализа процесса
радиолокационного обнаружения, представляется имеющим
существенное значение предположение о возможности |
|
значительного усиления реакции |
облучаемого объекта, а |
в некоторых случаях - возбуждение ранее не проявляв |
|
шейся реакции, что придаёт новые свойства процессу |
|
взаимодействия облучаемого объекта с пачками радиоло |
|
кационных импульсов за счёт использования нелинейных |
|
СВЧ колебаний в качестве несущих колебаний облучающих |
|
радиолокационных импульсов, то |
есть, представляется |
вполне вероятным, что нелинейность СВЧ колебаний бу
дет усиливать нелинейность облучаемого объекта,, что влечёт усиление тех свойств объекта (например, погло щающих) , на которых основывается используемый, в каж дом конкретном случае, способ радиолокации.
Таким образом, описываются некоторые возможные ме-
ханизмы формирования нелинейных СВЧ колебаний (являю щиеся несущими для радиолокационных импульсов) .
Для достижения поставленной цели необходимо дать
некоторые определения, влекущие соответствующий выбор логики обоснования:
1, Определение понятия |
нелинейных |
колебаний. |
||
Известно, |
что |
любой, |
в том числе, теоретический и |
|
эмпирический, |
то |
есть, |
реальный |
вариант построения |
импульса, вернее, любой вариант аналитического |
описа |
|||||
ния |
такого |
импульса, |
может быть разложен в ряд |
Фурье, |
||
то |
есть, |
на |
группу, |
составленную по определённому |
ал |
|
горитму, |
который следовало бы назвать алгоритмом |
Фу |
рье, связанным с использованием коэффициентов Фурье,
полученных в результате разложения, то есть, в ре
зультирующем описании разложения исходного сигнала, обыкновенных синусоид - синусоидальных колебаний).
Линейным колебанием (сигналом) таким образом, следует
считать такое, аналитическое описание которого при
разложении в ряд Фурье рассыпается на простую сумму обыкновенных синусоид (косинусоид), то есть, является обыкновенной тригонометрической функцией. Нелинейным
колебанием (сигналом) следует считать такое, аналити ческое описание которого в отличие от описания линей
ного сигнала с учётом разложения в ряд Фурье, не мо
жет быть представлено простой суммой обыкновенных си нусоид (косинусоид). Таким образом, нелинейный сигнал представляется сложной функцией (например, произведе нием обыкновенных тригонометрических функций) или функционалом (например, экспонентой от тригонометри ческих функций) простых (обыкновенных) функций.
Иначе говоря, в ряд Фурье разлагается любая функ
ция и любой сигнал. При этом в линейном случае такое разложение наследуется самим динамическим уравнением, описывающим процесс, то есть уравнение поля расщепля ется в множество уравнений для разных гармоник ряда Фурье. В нелинейном случае уравнение поля содержит произведения полей, которые смешивают составляющие спектра и не позволяют расщепить уравнение на систему более простых уравнений. Таким образом, линейность и нелинейность надо определять не на уровне физических функций, а на уровне математических уравнений, описы вающих такие физические функции.
|
Кроме того, нелинейность сигнала может быть обес |
|||||
печена введением в результирующее выражение/ |
уравне |
|||||
ние |
|
для распространения |
поля (описывающее |
сигнал)/ |
||
некоторого нелинейного сомножителя, |
то есть, |
введени |
||||
ем |
такого самостоятельного параметра, который может |
|||||
быть |
изменён |
(либо меняется самостоятельно) во време |
||||
ни, |
в зависимости от какой-либо внешней характеристи |
|||||
ки |
излучателя, излучения, среды распространения сиг |
|||||
нала, |
объекта |
облучения |
(например, |
от частоты |
несуще |
го колебания или от диэлектрической или магнитной проницаемости материала поверхности облучаемого объ екта) .
Выбор варианта нелинейности сигнала из вышепере численных обусловливает выбираемый вариант достижения
такой нелинейности.
2, Некоторые варианты достижения нелинейности сигна ла.
Как правило, при достижении нелинейности сигнала используются три основных варианта, что не исключает возможности комбинации' рассматриваемых вариантов, а
также использование иных, не перечисленных вариантов
достижения нелинейности:
а. Формирование нелинейного сигнала в излучателе с возможным использованием нелинейного элемента как па раметрической составляющей).
б. Обеспечение возникновения нелинейности сигнала при его распространении в воздушном пространстве или
иной среде. При этом возможны следующие случаи:
- переход сигнала из линейной в нелинейную форму
за счёт прохождения через локальную нелинейность сре ды распространения;
- переход сигнала из линейной в нелинейную форму за счёт глобальной нелинейности среды распростране ния. В этом случае возникновение нелинейности обеспе
чивается непосредственно в момент излучения сигнала
или при переходе из линейной генерирующей системы ли бо линейной среды в нелинейную среду распространения сигнала.
в . Формирование нелинейного сигнала в объекте об
лучения |
за |
счёт собственной нелинейности объекта, в |
том числе, |
возникающей Под воздействием внешнего об |
|
лучения |
на |
период прохождения формируемых импульсов |