Автоколебательные процессы в релятивистском магнетроне с управляющими внешними связями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ООЗ172744

На правах рукописи

УДК 621.37 621.38

Заревич Антон Иванович

АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В РЕЛЯТИВИСТСКОМ МАГНЕТРОНЕ С УПРАВЛЯЮЩИМИ ВНЕШНИМИ СВЯЗЯМИ

Специальность 01.04.03 - Радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г б ['40м 2000

Томск-2008

003172744

Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники ГОУ ВПО «Томский государственный университет» и в ФГНУ «Научно-исследовательский институт ядерной физики», г. Томск

Научный руководитель:

Официальные оппоненты

кандидат физико-математических наук, доцент Новиков Сергей Сергеевич

доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Нагорский Петр Михайлович

кандидат физико-математических наук, доцент Филипенко Николай Максимович

Ведущая организация

Институт сильноточной электроники СО РАН, г Томск

Защита состоится 24 июня 2008 г в 9 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 268 04 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу 634050, г Томск, пр. Ленина 40, ауд 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу 634034, г Томск, ул Вершинина 74.

Автореферат разослан 19 мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 268 0

Акулиничев Ю. П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Использование радиоволн СВЧ-диапазона связано с развитием приборов большой и сверхбольшой мощности На сегодняшний день имеется большое число разработок в области создания источников сверхмощного СВЧ излучения Тем не менее, остаются нерешенными проблемы вывода и формирования излучения, повышения энергетической эффективности процесса генерации, стабилизации и управления спектральными характеристиками

Значительное количество публикаций посвященных исследованиям релятивистского магнетрона показывает, что он является перспективным генерирующим СВЧ-прибором дециметрового диапазона Данный прибор отличается высокой эффективностью генерации, простотой конструкции, возможностью работы в широком диапазоне питающих полей Большое число работ посвящено исследованиям, в которых магнетрон выступал не только как самостоятельный генератор, но и как источник излучения в составе синхронизированных когерентных модулей

Известно, что работа релятивистского магнетрона, как и большинства сверхмощных СВЧ-генераторов характеризуется модовой нестабильностью, проявляющейся в спонтанных изменениях амплитудных, временных и частотных параметров генерируемых СВЧ-импульсов При этом непосредственное использование для релятивистского магнетрона классических методов стабилизации основного рабочего вида, таких как связки и внешние высокодобротные резонаторы, ограничено высоким уровнем генерируемой мощности и малой длительностью импульса Также для релятивистского магнетрона актуальна проблема увеличения выводимой из резонансной системы мощности, что связано с развитием высокочастотных пробоев в выходных волноводных трактах

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы улучшения спектральных и энергетических характеристик излучения релятивистских СВЧ-приборов, поиска новых методов воздействия на процессы генерации

Цель диссертационной работы заключается в разработке и исследовании способов стабилизации и управления энергетическими и спектральными параметрами генерации релятивистского магнетрона и создании на его основе высокостабильного, управляемого лабораторного источника сверхмощного СВЧ-излучения

В работе определены следующие задачи исследования

1 Исследовать автоколебательные процессы в многорезонаторном магнетроне с внешней связью резонаторов Изучить влияние внешней связи на существование и устойчивость видов колебаний

2 Осуществить синтез каналов внешней связи резонаторов магне-

грона с распределением колебаний по системе нагрузок с заданным амплитудно-фазовым профилем

3 Экспериментально исследовать влияние внешней связи резонаторов релятивистского СВЧ магнетрона на энергетические, временные и спектральные характеристики процесса генерации Реализовать распределенный вывод и пространственное формирование СВЧ-излучения релятивистского магнетрона

Объектом исследования является релятивистский СВЧ-магнетрон с внешней связью резонаторов анодного блока

Предмет исследования - закономерности процесса генерации в релятивистском магнетроне дециметрового диапазона в зависимости от параметров внешних каналов связи

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались следующие методы модельные эксперименты с маломощными аналогами и эксперименты со сверхмощным релятивистским СВЧ-магнетроном, методы статистической обработки измерений, метод эквивалентных схем, метод медленно меняющихся амплитуд, методы анализа устойчивости динамических систем, методы вычислительной математики; методика определения мгновенного спектра сигнала, метод компьютерного моделирования

На защиту выносятся следующие положения.

1 Для двух взаимосвязанных автоколебательных систем СВЧ-диапазона распределенный вывод энергии со стабильными амплитудно-фазовыми соотношениями реализуется для синфазного или противофазного режимов генерации систем путем добавления в волноводный канал связи нагрузок-излучателей при следующих конфигурациях канала связи

• длина канала связи для синфазного режима кратна длине волны, а для противофазного - нечетному числу полуволн,

• излучающие нагрузки расположены вдоль канала на расстоянии кратном половине длины волны друг от друга,

• устойчивость когерентного режима обеспечивает единственная стабилизирующая нагрузка, расположенная в точке противофазного суммирования колебаний систем

2 Внешняя связь резонаторов релятивистского магнетрона, представляющая собой волноводный канал с включенным в него электрически симметрично излучателем при рассогласовании излучателя приводит к формированию области гистерезисной неустойчивости, имеющей периодическую структуру с шириной петли, пропорциональной длине канала связи Разные состояния петли гистерезиса соответствуют конкурирующим подтипам рабочего вида колебаний магнетрона

3 Внешняя связь резонаторов релятивистского магнегрона, вы-

полненная в виде волноводного канала с электрически симметричным излучателем, стабилизирует характеристики импульсов СВЧ-излучения рабочей моды обеспечивает селекцию видов колебаний, сужает спектр излучения до 1%, уменьшает среднеквадратичный разброс амплитуды до 5%, повышает мощность и энергию излучения

Достоверность основных результатов и выводов.

1 Достоверность и обоснованность научных результатов диссертации обеспечиваются использованием в предложенной конфигурации канала связи резонаторов магнетрона ранее изученных и апробированных свойств когерентных систем.

2 Стабильность амплитудных и фазовых соотношений сигналов в канале связи с распределенным выводом излучения релятивистского магнетрона подтверждается модельными экспериментами с маломощными СВЧ-автогенераторами и результатами экспериментов по пространственному формированию сверхмощного СВЧ-излучения

3 Автоколебательная модель магнетрона со связанными резонаторами построена с привлечением известных положений теории и практики взаимной синхронизации автогенераторов Адекватность модели подтверждается результатами анализа локальной устойчивости синхронных движений системы без внешней связи и с внешней связью резонаторов

4 В пользу достоверности экспериментальных результатов говорит тот факт, что в процессе исследования релятивистского магнетрона объем зафиксированных и обработанных импульсов СВЧ-излучения составил порядка 105, а все точки экспериментальных характеристик усреднялись по результатам 5-10 отдельных измерений

5 Достоверность экспериментальных измерений также обеспечивалась регулярным контролем метрологических характеристик измерительного оборудования и классом точности использованных приборов

Научная новизна заключается в следующем.

1 Предложен новый подход к рассмотрению автоколебательных процессов магнетрона, основанный на методах классической теории колебаний В рамках данного подхода колебательная структура магнетрона представляется как совокупность отдельных генерирующих подсистем, связанных друг с другом через внутренние и внешние каналы связи

2. Впервые исследована система двух взаимносинхронизирован-ных автогенераторов, цепь связи которых содержит произвольное число общих нагрузок, отличающаяся селективным влиянием элементов цепи связи на стабильность синхронного режима и на энергетические характеристики колебательной системы.

3. Проведено экспериментальное исследование оригинальной схемы релятивистского СВЧ-магнетрона с внешней связью резонаторов

анодного блока Впервые экспериментально обнаружено явление гисте-резисной частотной неустойчивости процесса генерации релятивистского магнетрона с внешней связью резонаторов и определены условия возникновение подтипов колебаний

4. Предложен новый способ управления параметрами генерации релятивистского СВЧ-магнетрона, основанный на объединении резонаторов анодного блока внешним трактом связи с нагрузками Данный способ позволяет улучшить энергетические и спектральные характеристики импульсов, осуществить распределённый вывод сверхмощного СВЧ-излучения Результаты работ в данном направлении исследований защищены патентами Российской федерации № 2190281 и № 2228560

5 Разработан оригинальный лабораторный источник сверхмощного импульсного СВЧ-излучения.

Научная значимость работы состоит в следующем

1 Исследована автоколебательная система со сложной резонансной структурой, в которую введены внешние управляющие связи. Показана применимость методов теории взаимной синхронизации для описания колебательных процессов и их стабилизации в магнетроне со связанными резонаторами.

2. Представление магнетрона в виде автоколебательных подсистем позволяет адекватно описывать их взаимодействие через внешний канал связи и оценить влияние параметров канала на устойчивость когерентного движения.

3. Доказана эффективность влияния внешних связей резонаторов релятивистского магнетрона на спектральную стабильность излучения.

4. Разработанный лабораторный источник сверхмощного импульсного СВЧ-излучения предоставляет широкие возможности по исследованию воздействия внешних связей колебательной системы релятивистского магнетрона на характеристики процесса генерации

Практическая значимость.

1 Предложен новый способ управления параметрами излучения генерирующих приборов сверхмощной СВЧ-электроники.

2 Предложена методика, позволяющая синтезировать каналы связи резонаторов релятивистского СВЧ-магнетрона при построении источников направленного излучения

3 Созданный лабораторный источник СВЧ излучения на релятивистском магнетроне с линейным индукционным ускорителем использован при выполнении грантов РФФИ №98-02-16610, № 05-08-01210а и № 06-08-08013офи

Личный вклад автора. Все представленные в работе материалы и экспериментальные результаты получены лично автором, либо при его

непосредственном участии Непосредственно автором выполнено следующее разработка автоколебательной модели магнетрона с внешними связями резонаторов, теоретический расчет и экспериментальное исследование характеристик системы двух взаимносинхронизированных автогенераторов, проектирование волноводных элементов канала внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона, создание программно-аппаратного комплекса автоматизации работы экспериментальной установки, проведение всех этапов экспериментального исследования релятивистского магнетрона, анализ и интерпретация полученных экспериментальных данных

Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 работ, в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, получены 2 патента Российской федерации № 2190281(2002 г.) и №2228560 (2004 г).

Апробация результатов. Основные результаты и защищаемые положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических форумах: 12th International symposium on high current electronics. Russia, Tomsk, 2000, 7th Korea-Russia international symposium on science and technology, KORUS-2003 Republic Korea, Ulsan, 2003, Современные проблемы физики и высокие технологии. Международная конференция, посвященная 125-летию ТГУ, 75-летию СФТИ и 50-летию РФФ ТГУ Томск, 2003, 13th International Symposium on high current electronics Russia, Tomsk, 2004, Актуальные проблемы радиофизики «АПР-80» Международная научно-практическая конференция, посвященная 80-летию кафедры радиоэлектроники РФФ ТГУ Томск, 2006, 14th International symposium on high current electronics Russia, Tomsk, 2006, 7th IEEE International vacuum electronics conference (IVEC/IVESC 2006) Monterey, CA USA, 2006

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений Общий объем- 191 страница, включая 5 таблиц, 67 рисунков и 129 источников в списке литературы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении проводится анализ современного состояния рассматриваемого вопроса, обосновывается актуальность исследования, формулируется цель работы и защищаемые научные положения, конкретизируются задачи, подлежащие решению.

В главе 1 диссертации теоретически исследуется модифицированная модель релятивистского магнетронного генератора, резонаторы анодного блока которого соединяются волновым каналом внешней взаимной связи, содержащим диссипативные элементы-нагрузки (рис 1)

Взаимодействие колебаний резонаторов магнетрона при их оптимальной связи позволяет повысить стабильность рабочего я-вида, улучшить энергетические, временные и спектральные характеристики СВЧ-излучения

Для теоретической оценки влияния внешних управляющих связей на колебательные процессы в магнетроне была разработана феноменологическая линейная модель магнетрона с двумя выделенными подсистемами-резонаторами, которые взаимодействуют друг с другом через внутренние и внешние цепи и решена задача о влиянии связей на локальную устойчивость когерентных колебаний.

В основе модели лежит следующее Автоколебательная система магнетрона, учитывая локальный характер энергетического обмена между электронным потоком и электромагнитным полем резонаторов анодного блока, представляется как совокупность локальных генерирующих подсистем Выделяются две подсистемы (рис. 2), соответствующие резонаторам магнетрона, которые обладают всеми признаками колебательных регенерированных систем, связанных через электронный поток Эта связь, называемая внутренней, при исследовании устойчивости описывается параметрами линеаризованной модели.

Дифференциальные уравнения движения выделенных подсистем относительно медленно меняющихся комплексных амплитуд токов и напряжений записываются следующим образом

Рис. 1 Шестирезонаторный магнетрон

с внешней связью ¿о, Со, Со - индуктивность, емкость и проводимость отдельного резонатора, С\ - ёмкость между сегментом анодного блока и катодом

I Резонансная система (внутренняя связь) 2

1 2

Четырехполюсник связи -- (внешняя связь) -

Рис 2 Эквивалентная схема магнетрона с выделенными подсистемами (резонаторами) и с внешней связью подсистем

+ £^(ф*>0 = О.к= 1,2 (1)

Здесь k=\,2,Ik , Uk- комплексные амплитуды токов и напряжений подсистем, Dk - символические иммитансы; Унд - проводимости нагрузок; Ск - эквивалентные ёмкости, со^ и ф^ - частоты и фазы,p=d/dt

Далее, в уравнения движения (1) вводится линейная аппроксимация активных проводимостей Ik/Uk = Yk = -Gk + jBk колебательных подсистем с коэффициентами линеаризации о

Gk (Uk, Uj, Ф, - )« Gk0 + a*k&Uk + a^SUj + о£*8ф* + ,

/ Ч (2)

Из общих физических представлений о стационарных связях амплитуд, фаз, частотных расстроек и других параметров подсистем, привлекая соображения симметрии модели, определяется сигнатура и взаимные соотношения для коэффициентов линеаризации а в (2). Они отражают условие нелинейного ограничения колебаний и учитывают профиль фазочас-тотных характеристик.

Анализ локальной устойчивости проводится по стандартной процедуре линеаризации нелинейных уравнений (1) и приводит к характеристическому уравнению четвертого порядка относительно параметра устойчивости X Для аналитических вариантов (равноамплитудные режимы) условия устойчивости имеют простой вид

2СЛ., = -а + агие <О; 2Ск2 = 0 ; 2Скг = -2а™ < 0; 2СХА = -а - а* < 0 (3)

Выполнение данных условий подтверждает адекватность описания внутренних взаимодействий подсистем в устойчивом когерентном режиме с помощью построенной линейной модели. Это позволяет использовать ее для оценки влияния внешних связей на устойчивость видов колебаний в магнетроне

Внешняя управляющая связь между выделенными подсистемами представлена на рис. 2 четырехполюсником Укороченные уравнения модифицированной системы с внешней связью имеют вид. Г[ -GI+y51+2yC1K-co1)+r11+2C1p]£/1+№=0, [[ -G2 + jB2 + 2jC2 (co0 - œ2 )+ Y22 + 2C2ppz + YnUx =0. Здесь Ykt , Fkk - параметры четырехполюсника, Yn = Y2] = -g exp(ya), g > 0. Условия локальной устойчивости системы с внешними связями получаются аналогичным образом

2СХ3 =-2(а;"!±ясозАф0)<0, У12 =У21 = -geja, g> 0. (5)

Знак «+» соответствует а = 0, a «-» - а = л.

Неравенство (5) является наиболее значимым, так как соответствует условию устойчивости стационарной разности фаз Дфо- Из него однозначно следует, что оптимальными, с точки зрения устойчивости, являются резистивные связи, соответствующие а=0, л Так, при резистивной связи первого типа (а=0) внешняя связь усиливает устойчивость синфазных и близких к ним колебаний (Дф(г=0) и ослабляет устойчивость противофазных колебаний (Лсро-я). Резистивная связь второго типа (а=я) оказывает обратное влияние

Анализ уравнений стационарных колебаний показывает, что введение оптимально настроенных сильных внешних связей приводит к выравниванию фаз и амплитуд выделенных подсистем Применительно к магнетрону это позволяет прогнозировать выравнивание высокочастотных потенциалов в секторах пространства взаимодействия и улучшение отбора мощности от активной среды

Оценка влияния внешней связи на резонансные частоты колебательной системы магнетрона проводилась для эквивалентной схемы шестирезонаторного магнетрона (рис 1), в которой противоположные резонаторы связаны волновым каналом с одной симметрично расположенной общей нагрузкой (рис 3)

Расчет резонансных частот в зависимости от длины линии связи Ь, нормированной к длине волны я-вида колебаний Хо приведен на рис. 4 (Длина тракта Ь = 17Ао соответствует длине тракта в эксперименте с релятивист-1 216 17 18 ским магнетроном ) Он пока-Длина тракта связи, Ь/Х0 зывает, ЧТО в недогруженной

Рис 4 Резонансные частоты схемы маг- системе (Л„ = р() == 200 Ом) в нетрона со связанными резонаторами областях длин лини, кратных длине волны, частота л-вида единственна. На краях областей при достаточно больших длинах тракта имеется три частоты Колебания на двух крайних частотах устойчивы и соответствуют подтипам рабочего вида колебаний. Колебания на средней частоте неустойчивы Таким образом, поведение частот в области многозначности имеет гистерезисный характер В случае перегруженной системы (/?„ = ро/4 = 50 Ом) область гисте-резисной неустойчивости смещается на Хо/2

Рис 3 Канал взаимной связи резонаторов с общей нагрузкой

1,04

Оценка влияния временного запаздывания сигнала в канале внешней связи на устойчивость проводится в приложении к работе Показано, что при значительном запаздывании допускается переход к модели внешней синхронизации, при этом условия устойчивости качественно аналогичны модели без запаздывания

Полученные в главе результаты показывают, что внешняя связь может усиливать устойчивость рабочего вида колебаний и ослаблять устойчивость конкурирующих режимов. Внешний канал связи резонаторов может вносить в автоколебательную систему магнетрона гистерезисную неустойчивость, являющуюся следствием затягивания частоты и рассогласования общей нагрузки.

В главе 2 теоретически и экспериментально исследуются характеристики взаимной синхронизации двух автоколебательных систем, связанных через волновой канал, содержащий систему диссипативных элементов-нагрузок, решается задача синтеза канала взаимной связи Рассчитаны зависимости мощностей в нагрузках в полосе синхронизации для различных параметров активных и пассивных элементов схемы.

Волновой канал связи должен обеспечивать высокую степень устойчивости когерентного режима автоколебательных систем с заданным амплитудно-фазовым профилем колебаний на нагрузках Задача синтеза решается путем совмещения в волновом канале элементов симметричной и антисимметричной схем Один из вариантов канала приведен на рис. 5.

I и

Рис. 5 Система двух автогенераторов с распределением мощностей

по многим нагрузкам

Канал возбуждается противофазными гармоническими колебаниями генераторов Нагрузки бу разделены плоскостью симметрии на две группы и в каждой группе включены через расстояние, кратное длине волны, что обеспечивает синфазность колебаний в них В плоскости симметрии включена центральная нагрузка (?о, расположенная на расстоянии 0о=л:/2 от ближайших боковых нагрузок. Мощности генераторов распределяются по нагрузкам в соответствии с их проводимостями Центральная нагрузка обеспечивает устойчивость рабочего противофазного режима, но не потребляет мощности Добавление в одно из плеч отрезка

л делает схему антисимметричной относительно центральной нагрузки Для этого варианта рабочим является режим синфазных колебаний

Математическое описание представлено нормированными уравнениями стационарных колебаний:

ик[ Ск{ик)+^к + Укк]+ и^Ги ехр|Д-1)' Дф] = 0. (6)

Здесь. к,1= 1,2, кф / -номера автогенераторов, Ск(ик) - проводимости активных элементов автогенераторов, Дф = ц>2 - ф| - разность фаз, <^>к -нагруженная добротность резонансных систем; - обобщенная частотная расстройка; с1к , - параметры активных элементов

автогенераторов; Укк, Уы - параметры матрицы проводимостей четырехполюсника канала связи

По данным уравнениям проведены аналитические и численные расчеты мощно-стно-частотных характеристик в полосе синхронизации (рис. 6) Характерным признаком всех характеристик является низкий уровень мощности в центральной нагрузке в центре полосы и суммирование мощностей в боковых нагрузках Профиль МЧХ сохраняется в широком частотном диапазоне и при различных сочетаниях активных и пассивных параметров цепи.

Модельные эксперименты проведены на базе двух маломощных транзисторных СВЧ-генераторах Мощность автономных генераторов при работе на согласованную нагрузку составляет 3-6 мВт, диапазон перестройки по частоте -3-4 ГГц Цепь связи автогенераторов (рис 7) выполнена в виде полоско-вой линии передачи с волновым сопротивлением ро«100 Ом. Нагрузки в соответствии с предложенной схемой (рис 5) параллельно подводились к линии связи ¿св Исследованы варианты канала связи с числом нагрузок до пяти.

"-2 -10 12 Частотная расстройка, £

Рис 6 Рассчитанные численно мощност-но-частотные характеристики системы с тремя нагрузками, Сн = 1, Ю1=(0Рез, 1-О0=1,2-60=2,3-С0=4

Генератор

ль

Яг

Лм

Генератор 2

Во всех исследованных вариантах уровень сигнала в центральной нагрузке в центре полосы синхронизации был мал и достигал уровня -30 дБ относительно мощности автономного автогенератора (рис. 8). Это однозначно доказывает существование устойчивых противофазных когерентных колебаний. Мощности в боковых нагрузках определялись их проводимостями и соответствовали мощности отдельного генератора.

Рис. 7. Топология печатной платы экспериментальной схемы

н

® д 2 4

3,5 3,6 3,7 3,8 : Частота, ГГц

а) три нагрузки

О1— 3,4

— л —Р|

— V —Р1

2

-,-Р

3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 Частота, ГГц

б) пять нагрузок

Рис. 8. Экспериментальные мощностно-частотные характеристики

Таким образом, предложенные конфигурации системы с распределением мощности отличаются высокой стабильностью профиля мощности о-частотных характеристик в широкой области настройки. Рассмотренная конфигурация канала является прототипом для построения внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона с целью стабилизации СВЧ-излучения и распределенного вывода мощности.

В главе 3 описаны использованное экспериментальное оборудование, методика проведения измерений, параметры экспериментальной установки и исследуемого релятивистского магнетрона, конструкция вол-новодного тракта связи резонаторов, автоматизация эксперимента и анализ экспериментальных данных.

Экспериментальные исследования релятивистского магнетрона проведены на установке, включающей в себя, разработанный в НИИ ЯФ линейный индукционный ускоритель ЛИУ 0.4/6, импульсно-периодический релятивистский магнетрон с внешним трактом связи резонаторов анодного блока и магнитную систему (рис. 9). Анодный блок

магнетрона имеет 6 резонаторов лопаточного типа и выводы мощности

Параметры установки таковы: ток и энергия пучка ускорителя - 4-5 кА и 400-500 кэВ; длительность импульса ускорите-

ля ~180 не, частота следования импульсов до 320 Гц, индукция магнитной поля-до 0 54 Т Частота излучения магнетрона -2750 МГц, мощность и энергия СВЧ-излучения из каждого вывода -180 МВт и -7 5 Дж, длительность импульсов на полувысоте и по основанию--50 не и -90 не.

Тракт внешней связи резонаторов магнетрона изготовлен из прямоугольного волновода и мог содержать до трех нагрузок - рупорных антенн Тракт построен в соответствии с вариантами, предложенными в модельном исследовании, длина тракта могла изменяться в диапазоне 16 5-И9 длин волн рабочего вида колебаний.

В экспериментах измерялись мощность, энергия и спектр импульсов СВЧ-излучения, полный ток магнетрона и напряжение ускорителя. Для системы с распределенным выводом колебаний измерялось пространственное распределение излучения Для автоматизации измерения параметров ЛИУ и характеристик импульсного СВЧ-излучения использовался специализированный программно-аппаратный комплекс

При измерения мощности СВЧ-излучения использованы два амплитудных СВЧ-детектора Мощность определялась как среднее между показаниями детекторов. В схеме измерения спектра СВЧ-излучения перед одним из детекторов включался перестраиваемый полосовой волно-водный фильтр. Сигнал второго детектора являлся опорным Полоса пропускания фильтра по уровню -3 дБ составляла -20-37 МГц Динамика спектра оценивалась по средним нормированным уровням сигнала после фильтра в выбранные интервалы времени. Проведены оценки влияния переходных процессов в фильтре на точность спектральных измерений

из двух противоположных резонаторов.

Рис 9 Экспериментальная установка

1 - релятивистский магнетрон, 2 - магнитная система, 3 - ЛИУ 0 4/6, 4 - тракт внешней связи, 5 - излучающие рупорные антенны

Использованное в работе контрольно-измерительное и экспериментальное оборудование обеспечивает необходимые условия для проведения масштабных экспериментальных исследований релятивистского магнетрона и получения достоверных результатов Всего в эксперименте обработано порядка 105 импульсов СВЧ-излучения.

Глава 4 диссертации посвящена экспериментальному исследованию влияния внешнего канала связи резонаторов релятивистского магнетрона на условия существования и стабильность колебаний, а также оценке возможностей управления временными, энергетическими и спектральными параметрами СВЧ-излучения источника

нетрона с несвязанными выводами Ширша спектра излучения в

первой половине импульса превышает 80 МГц. Во второй половине импульса (рис 10) в спектре формируются три максимума, отстоящие друг от друга на -70 МГц, им соответствуют конкурирующие виды колебаний Частота центрального максимума близка к 2740 МГц. В течение импульса происходит непрерывное смещение спектра на 40-50 МГц.

Далее противоположные выводы мощности магнетрона были объединены волноводным трактом связи по схеме на рис. 9 На первом этапе был исследован магнетрон, тракт связи которого содержал один излучатель, его симметричное или антисимметричное расположение относительно оси электрической симметрии тракта позволяло получать на выходе системы, как суммирование, так и вычитание колебаний.

При изменении длины тракта связи наблюдалось циклическое (с периодом ?ч)) изменение параметров излучения. На рис 11а приведена диаграмма изменения положения частотных максимумов спектра от длины тракта связи На ней выделены области, в которых характеристики излучения существенно отличаются Так в области I спектр в течение всего импульса имеет форму одиночного пика (рис 11а,б), при этом его частота (-2730 МГц) остается неизменной вплоть до самого конца им-

Частота, МГц Рис 10 Спектр СВЧ-излучения маг-

0

Характеристики магнетрона без внешней связи являлись опорными для дальнейших исследований Зона генерации по магнитному полю лежит в интервале 0 45-0 53 Т, максимум мощности и энергии СВЧ излучения с каждого вывода составляет -180 МВт и -7.5 Дж, длительность импульсов по основанию -90 не, разброс амплитуды импульсов достигает ±20%

пульса, что является следствием сильного затягивания частоты. Спектр начале импульса напоминает аналогичный спектр магнетрона с несвязанными выводами. К середине импульса, по мере взаимодействия колебаний резонаторов, он сужается до -25 МГц. Область I также характеризуется наиболее высокими энергетическими характеристиками, так излучаемая в нагрузке мощность и энергия составили 475 МВт и 20 Дж; нестабильность амплитуды здесь не превышает ±5%.

w

ч

л X О)

и

О -

а, >>

о

10

2650

! г„ !

............hï.........?

да ¿JJÎ............ '■'»Г:................

5 tf» / '

Л V - V-nrt 5

16,416,6 16,8 17,0 17,2 17,4 17,6 Длина тракта связи, I / Â.()

а)

_125600 2650 2700 2750 2800 2850 Частота, МГц

б)

16,4 16,6 16,8 17,0 17,2 17,4 17,6 Длина тракта связи, L / Хд

В)

600 2650 2700 2750 2800 2850 Частота, МГц

г)

Рис. 11. Влияние внешней связи резонаторов магнетрона на характеристики процесса генерации

Область И характеризуется гистерезисной неустойчивостью. Магнетрон от импульса к импульсу возбуждается на одной из двух частот (рис. 11а,г). Разница между частотами остается постоянной, а спектры излучения здесь шире, чем в предыдущем случае. Энергетические характеристики излучения в данной области несколько ниже (340 МВт и 13 Дж), разброс амплитуды возрастает до ±20%. Анализ излучения показывает, что данные частоты соответствуют тх-виду колебаний, поэтому делается вывод о том, что конкурирующие колебания являются подтипами основного 7Т-вида колебаний.

Возникновение подтипов основного вида колебаний, а также затягивание частоты излучения объясняется рассогласованием общей нагрузки На экспериментальной диаграмме (рис 11а) пунктирной линией показана рассчитанная в главе 1 (рис 4) зависимость резонансных частот эквивалентной схемы магнетрона В диссертации подчеркнуто качественное и количественное соответствие экспериментальной и расчетной кривых, в том числе в областях гистерезисной неустойчивости

Селективное действие внешней связи на конкурирующие виды колебаний наглядно демонстрируется в эксперименте с антисимметричной схемой Здесь магнитное поле устанавливалось на границе зон генерации видов л и 27г/3 Колебания резонаторов для л-вида в нагрузке должны вычитаться, а для вида 2л/3 - суммироваться, что позволяет идентифицировать вид колебаний На рис 11в показана зависимость относительного числа реализаций видов колебаний л и 2л/3 в серии из пятидесяти импульсов от длины тракта Видно, что в области оптимальной настройки вероятность возбуждения колебаний л-вида достигает 87%, а вероятность возбуждения 2л/3-вида колебаний - 13% За пределами данной области картина обратная

С целью реализации распределенного вывода энергии, в канал внешней связи резонаторов введены три излучателя (рис. 9) Уровень СВЧ мощности в центральном излучателе не превышает 25 МВт, что доказывает работу магнетрона на л-виде Мощность в трактах боковых антенн - 180 МВт Измерения пространственного распределение плотности потока мощности выходного СВЧ-излучения магнетрона проводились в Н-плоскости Интенсивность излучения максимальна в нормальном к излучателям направлении (рис 12) Уровень излучения в направлении минимумов ниже-13 дБ и повторяется в непрерывной серии импульсов, что указывает на высокую стабильность амплитудно-фазовых соотношений Рассчитанная для двух пирамидальных рупорных антенн диаграмма направленности (пунктирная линия) находится в качественном соответствии с экспериментом

W п

ев

£ -6

§ -8

я -10

и -12 о

р.-14

-40-30-20-10 0 10 20 30 40 Градусы

Рис 12 Диаграмма пространственного распределения излучения

Представленные в главе результаты доказывают сильное влияние внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона на характеристики СВЧ-излучения. В зависимости от параметров тракта могут быть созданы условия высокой модовой и спектральной стабильности рабочего вида колебаний, получено затягивание частоты, гистерезисная неустойчивость и конкурентные признаки процесса генерации Исследована система распределенного вывода излучения релятивистского магнетрона через канал внешней связи резонаторов

В заключении формулируются основные выводы по результатам диссертационной работы, указываются области применения полученных результатов и возможные направления дальнейшей работы

Приложения диссертации содержат материалы вспомогательного характера, дополняющие основные разделы работы.

Основные результаты и выводы.

1. Предложена модифицированная схема релятивистского магнетрона. Между резонаторами анодного блока вводится внешняя управляющая связь, которая осуществляется через волновой канал и оптимизирует взаимодействие между колебательными компонентами резонансной системы. Сильное влияние связи на конкурирующие виды колебаний позволяет существенно улучшить спектральные и энергетические характеристики СВЧ излучения

2. Рассмотрено возникновение частотной неустойчивости в релятивистском магнетроне с внешней связью, неустойчивость обусловлена импедансными свойствами канала связи, характеризуется затягиванием частоты автоколебаний и формированием гистерезисной области

3. Разработан новый способ вывода СВЧ излучения из релятивистского магнетрона. Вывод мощности осуществляется посредством системы нагрузок излучателей в канале внешней связи. Нагрузки одновременно обеспечивают стабилизацию рабочего режима и заданный амплитудно-фазовый профиль колебаний

4. В результате проведенных исследований создан лабораторный источник сверхмощного СВЧ-излучения дециметрового диапазона на основе релятивистского магнетрона Источник характеризуется высокой стабильностью энергетических и спектральных характеристик. Среднеквадратичный разброс амплитуды излучения не превышает 5%, ширина спектра излучения по уровню -3 дБ составляет порядка 1%.

5 На системе двух взаимносинхронизированных автогенераторов проведено моделирование взаимодействия колебаний в резонансной системе магнетрона с распределенным выводом мощности. Показано, что когерентный режим с заданным амплитудно-фазовым профилем колеба-

ний на системе нагрузок существует в широкой области частот и параметров системы.

6 Полученные результаты демонстрируют возможность управления энергетическими и спектральными характеристиками релятивистского магнетрона путем изменения параметров внешней связи, что позволяет создавать высокостабильные сверхмощные СВЧ источники, в том числе с направленным пространственным излучением

Рекомендации по использованию и внедрению результатов.

Полученные в процессе диссертационной работы результаты целесообразно использовать в организациях, специализирующихся на исследованиях в области сильноточной электроники, создании сверхмощных СВЧ-генераторов, где применяются релятивистские СВЧ-магнетроны, например ФГНУ «Научно-исследовательский институт ядерной физики» (г. Томск), а также в учебном процессе на радиофизическом факультете ГОУ ВПО «Томский государственный университет»

Основные публикации по теме диссертации:

1 Novikov S. S Mutually locked oscillator system wich power distribution on many loads / S S Novikov, A. 1 Zarevich// Proc in 12th International symposium on high current electronics Tomsk, Russia, 2000 - Tomsk, 2000 - V 2 -P 466-469.

2 Патент на изобретение №2190281 Российская Федерация, МПК Н 01 J 25/50. Релятивистский магнетрон / Винтизенко И И, Заре-вич А И, Новиков С С (Российская Федерация) -№2001128794 , заявлено 25 10.2001 , опубл 2002, Бюл №27.

3 Винтизенко И И Влияние внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона на стабильность и мощность колебаний / И И Винтизенко, В И Гусельников, А И Заревич, С С Новиков // Письма в Журн техн. физики -2003. -Т 29, вып 7. - С. 64-70

4. Vintizenko I I Microwave radiation characteristics of relativistic magnetron with coupled cavities / I 1 Vintizenko, A. I Zarevich, S. S Novikov, A I Ryabchikov // KORUS-2003 Proc of the 7th Korea-Russia international symposium on science and technology University of Ulsan Republic Korea, Ulsan, June 28- July 6 - Ulsan, 2003.- V 2.-P. 248-252

5 Заревич А И Автоматизированный комплекс для диагностики импульсов релятивистского СВЧ генератора / А. И Заревич, Е В Вегнер, И И Винтизенко // Приборы и техника эксперимента -2004 -№ 3. - С 78-82

6 Zarevich A I Distributed output of microwave radiation from relativistic magnetron / A I Zarevich, I I Vintizenko, S. S. Novikov // Proc of

13th International symposium on high current electronics Tomsk, Russia, July 25-30,2004 - Tomsk, 2004 - P. 269-272

7 Zarevich A I Local oscillation stability in magnetron with coupled cavities / A I Zarevich, I I Vintizenko, S S Novikov// Proc. of 13th International symposium on high current electronics Tomsk, Russia, July 25-30, 2004 -Tomsk,2004 -P 273-276.

8 Zarevich A I Microwave radiation characteristics of relativistic magnetron with coupled cavities / A I Zarevich, I I Vmtizenko, S. S Novikov // Proc. of 13th International symposium on high current electronics Tomsk, Russia, July 25-30,2004 - Tomsk, 2004 - P 300-303

9 Патент на изобретение № 2228560 Российская Федерация, МПК Н 01 J 25/50 Релятивистский магнетрон / Винтизенко И. И, Заревич А И, Новиков С С (Российская Федерация) - №2002124144 , заявлено 11 09.2002 , опубл 2004, Бюл № 13.

10 Винтизенко И И Релятивистский магнетрон с распределенным выводом СВЧ излучения / И И Винтизенко, А И Заревич, С С Новиков // Письма в Журн техн физики. - 2005. - Т. 31, вып 9 - С 63-68

11 Заревич А И. Динамика спектра излучения релятивистского СВЧ магнетрона со связанными резонаторами / А. И Заревич, С С Новиков, И И, Винтизенко // Известия вузов Физика. - 2006 - № 3, приложение -С 107-108

12 Заревич А И Феноменологическая модель многорезонаторного СВЧ магнетрона / А И. Заревич, С. С Новиков // Известия вузов Физика -2006. - № 3, приложение - С 109-110

13 Винтизенко И И Влияние внешней связи резонаторов магнетрона на спектр видов колебаний / И. И. Винтизенко, А И Заревич, С. С. Новиков//Известия вузов Физика -2006 - №9 - С 114-118

14 Заревич А И Система взаимосвязанных автогенераторов с распределением мощностей по многим нагрузкам / А И Заревич, С С. Новиков // Известия вузов Физика - 2006. - № 9, приложение -С 276-282

15. Винтизенко И И Спектральные характеристики релятивистского магнетрона со связанными резонаторами /ИИ Винтизенко, А И Заревич, С С. Новиков // Письма в Журн. техн физики - 2006 - Т 32, вып 23 -С. 40-47

В заключении автор выражает глубокую благодарность и признательность А С Майдановскому за постоянную помощь в работе и полезные обсуждения результатов, В М Тарасову и Е. В. Вегнеру за помощь при разработке комплекса автоматизации и управления ЛИУ, а также И И Винтизенко, В И Гусельникову, А И Мащенко, В Ю Митюшкиной и всему коллективу лаборатории № 53 ФГНУ «НИИ ядерной физики» за предоставленное экспериментальное оборудование, помощь в проведении экспериментов и поддержку в работе

Подписано в печать 16 05 2008 Бумага офсетная Гарнитура Тайме Печать RISO Тираж 100 экз Заказ № 127

Отпечатано в издательском отделе Томского областного учебно-методического центра культуры и искусства 634009, г Томск, пер Сухоозерный, 13 Тел /факс 51-43-07, 51-45-66 E-mail toumcki@mail ru

Введение.

Глава 1. Теоретический анализ многорезонаторного магнетрона с внешними связями.

1.1. Управляющие связи в колебательной системе магнетрона.

1.2. Автоколебательная модель магнетрона с двумя выводами мощности.

1.3. Локальная устойчивость стационарных колебаний в системе без внешних связей.

1.4. Влияние внешних связей магнетрона на устойчивость стационарных колебаний.

1.5. Частотная неустойчивость колебаний в системе с внешними связями.1.

1.6. Резонансные частоты магнетрона с внешней связью резонаторов.

1.7. Выводы.

Глава 2. Автоколебательные системы с распределенным выводом энергии

СВЧ-колебаний из канала взаимной связи.

2.1. Синтез канала взаимной связи автогенераторов с распределенным выводом энергии колебаний.

2.2. Мощностно-частотные характеристики системы двух взаимносинхронизированных автогенераторов с распределением мощности по многим нагрузкам.

2.3. Экспериментальное исследование системы взаимносинхронизированных СВЧ-автогенераторов с распределением мощностей.

2.4. Выводы.

Глава 3. Экспериментальная установка и методика проведения эксперимента.

3.1. Экспериментальная установка.

3.2. Тракт внешней связи резонаторов анодного блока магнетрона.

3.3. Методика измерений характеристик СВЧ-излучения релятивистского магнетрона.

3.4. Автоматизация процесса эксперимента и анализа экспериментальных данных.

3.5. Выводы.

Глава 4. Релятивистский магнетрон с внешней связью резонаторов.

4.1. Релятивистский магнетрон с несвязанными резонаторами.

4.2. Релятивистский магнетрон со связанными резонаторами и одним симметрично расположенным излучателем.

4.3. Релятивистский магнетрон со связанными резонаторами и одним, антисимметрично расположенным излучателем.

4.4. Релятивистский магнетрон со связанными резонаторами и распределенным выводом излучения.

4.5. Выводы.

Современное состояние техники СВЧ-диапазона характеризуется интенсивным развитием различных устройств малого и среднего уровня мощности. Эти приборы находят применение в средствах телекоммуникации и связи, медицине, промышленности, в научных исследованиях, бытовых приборах. Как правило, в качестве источников сигналов в маломощных устройствах используются полупроводниковые приборы - транзисторные и диодные элементы. В устройствах средней мощности преобладают приборы вакуумной электроники - клистроны, магнетроны, лампы обратной волны и так далее.

В перспективе использование радиоволн СВЧ-диапазона, помимо дальнейшего усовершенствования маломощных устройств, неразрывно связано с развитием приборов большой и сверхбольшой мощности [1-8]. Можно выделить ряд областей промышленности и науки, где уже сегодня высокий уровень мощности является одним из первостепенных факторов развития [1-6, 9-12]. Это дальняя радиолокация, тепловая сверхвысокочастотная обработка и модификация свойств материалов, передача энергии- на расстояние, воздействие на радиоэлектронную аппаратуру, теплоэнергетика. Важными требованиями, предъявляемыми к подобным микроволновым источникам, являются высокая частота следования импульсов и повторяемость их характеристик, а также качество спектра, возможность оперативного управления параметрами излучения* и компактность.

Круг активно разрабатываемых и исследуемых сверхмощных СВЧ-генераторов довольно широк [3, 4, 6, 13-24]: Существующие источники различаются диапазонами генерируемых частот, механизмами вынужденного излучения частиц, типами катодов, потребностями во внешнем магнитном поле для транспортировки электронного пучка и особенностями систем питания.

Наиболее перспективным прибором дециметрового диапазона с внешним магнитным полем является релятивистский магнетрон [3, 4, 17]. Положительными особенностями данного прибора являются: высокая эффективность (до 20%), относительно небольшие магнитные поля (не превышающие 0.5 Т), простота конструкции, возможность работы в широком диапазоне питающих электрических и магнитных полей. Особенно следует отметить большой ресурс прибора. Указанные достоинства определили интерес, проявляемый к исследованию релятивистского магнетрона. На сегодняшний день имеется значительное количество различных работ [13, 14, 16, 25-33], в которых магнетрон выступал и как самостоятельный генератор и как источник излучения в составе синхронизированных модулей.

Особенностью релятивистского магнетрона является модовая нестабильность, проявляющаяся в спонтанных изменениях амплитудных, временных и частотных параметров генерируемых СВЧ-импульсов [27, 29, 31]. Это обусловлено рядом факторов. Во-первых, релятивистский магнетрон, как и его классический аналог, является многочастотным прибором. Его колебательная система имеет распределенную электродинамическую структуру и является многомодо-вой. Во-вторых, в режиме импульсной генерации в течение импульса происходят значительные изменения питающих полей, что приводит к выполнению условий возбуждения для различных видов колебаний. Еще один фактор нестабильности обусловлен образованием катодной плазмы [34-36], которая при своем радиальном расширении уменьшает межэлектродный промежуток и приводит к изменениям резонансных свойств колебательной системы магнетрона.

Для разделения видов колебаний по частотам и стабилизации основного рабочего вида в магнетронных генераторах традиционно используются различные методы, основанные на введении в резонансную систему дополнительных элементов [32, 37-41]. Классическим и наиболее распространенным методом является использование связок, соединяющих те сегменты анодного блока, колебания которых для основного вида должны быть синфазны. Несинфазные колебания резонаторов создают на концах связок разность потенциалов. Значительные токи, протекающие при этом через связки, приводят к сдвигу частоты и подавляют возникающее паразитное колебание. Для стабилизации основного вида колебаний также может быть - использовано явление затягивания частоты генерации, для чего в колебательную систему магнетрона вводится внешний высокодобротный резонатор [42]. Однако непосредственное использование для релятивистского магнетрона указанных способов стабилизации процесса генерации ограничено высоким уровнем генерируемой мощности и малой длительностью импульса СВЧ-излучения [43].

Для релятивистских генерирующих СВЧ-приборов актуальна проблема увеличения выводимой из резонансной системы мощности. Для релятивистского магнетрона, как и для большинства релятивистских приборов, эта проблема, связана с ограничениями мощности из-за высокочастотных пробоев в выходных волноводных трактах. Повышение мощности возможно за счет увеличения числа элементов, выводящих колебания из резонансной системы. Так, в работе [14] в шестирезонаторном магнетроне использовалось до шести выводов мощности из резонаторов анодного блока. Авторами экспериментально показано, что для шестирезонаторного магнетрона оптимальное количество выводов мощности равно трём. Также отмечено положительное влияние увеличения числа выводов на симметрию высокочастотных полей в пространстве взаимодействия магнетрона. Дальнейшее увеличение числа выводов привело к снижению выводимой мощности за счет возрастания нагрузки резонансной системы и' нарушения условий группировки потока электронов. Следует иметь в виду, что при указанном способе снижается добротность резонансной системы, и, следовательно, расширяется спектр излучения.

Повышение мощности источников СВЧ-колебаний может быть достигнуто не только улучшением характеристик отдельных генерирующих приборов, но и путем объединения многих генерирующих устройств в режиме внешней или взаимной синхронизации. Подобные методы построения источников получили наибольшее развитие в полупроводниковой схемотехнике при создании систем сложения мощностей [44-51]. По структурным признакам такие системы подразделяются на ряд основных типов: системы сложения мощностей последовательного типа; резонаторного типа; параллельного типа; системы, сложения мощностей гармоник и так далее.

Не останавливаясь подробно на рассмотрении существующих систем-сложения мощностей, отметим лишь их наиболее важные особенности. Таковыми являются: во-первых, единственность канала нагрузки; во-вторых, наличие в большинстве схем дополнительных элементов, типа общих резонаторов, фильтров, резистивных элементов, обеспечивающих согласование генераторов, когерентность их колебаний и устойчивость рабочих режимов. Однако непосредственное применение разработанных решений в случае больших мощностей далеко не всегда возможно, поскольку, с одной стороны, отсутствует необходимая элементная- база, а, с другой стороны, высокий уровень мощности оказывается несовместимым с электрической, прочностью узлов и элементов цепей [52-54]. Это обусловливает необходимость усовершенствования и доработки существующих схем с целью создания более простых устройств и конструкций.

Сегодня существует ряд теоретических и экспериментальных исследований, посвящённых сверхмощным когерентным системам [25, 26, 28, 30, 55-59]. Среди них особенно следует выделить разработки конца 80-х - начала 90-х годов, осуществленные в США [25, 26, 28, 55, 56]. Авторам удалось осуществить взаимную синхронизацию двух релятивистских магнетронов [25] мощностью —1.5 ГВт на частоте ~2.5 ГГц. Магнетроны были связаны отрезком волновода с длиной, кратной длине волны. Разница собственных частот магнетронов не превышала 50 МГц. В эксперименте зарегистрировано увеличение плотности потока мощности в дальней зоне при работе каждого магнетрона на свою излучающую антенну. В дальнейшем теми же авторами были предприняты попытки по синхронизации модулей, включающих в себя от 3-х до 7-ми релятивистских магнетронов, а также рассматривались различные способы объединения генераторов в модули [26]. Кроме синхронизации магнетронов авторы также изучали синхронизацию двух виркаторов, синхронизацию виркатора магнетроном и синхронизацию магнетроном двух виркаторов [28, 55, 56]. В этих исследованиях генераторы питались от одного источника и имели общую систему магнитного поля. Выводимое излучение фазировалось в пространстве. К недостаткам устройств можно отнести малую допустимую частотную расстройку магнетронов (менее 50 МГц), низкую стабильность синхронного режима (синхронизм наблюдался лишь в половине всех импульсов) и высокую критичность схем к разбросу параметров цепей связи и генераторов. Такие низкие результаты могут быть объяснены тем, что при выполнении этих экспериментов не производилась правильная оптимизация каналов взаимной связи генераторов.

Интересные результаты получены в экспериментах по взаимной синхронизации двух релятивистских магнетронов, проведённых в НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете [30, 57, 58, 59]. В отличие от американских исследований, стабильность синхронного режима обеспечивалась специальным включением в волноводную цепь связи общего диссипатив-ного элемента - нагрузки-излучателя. Были исследованы режимы суммирования и вычитания мощностей магнетронов в общем канале. Магнетроны работали на частоте 2,8 ГГц, их мощность составляла порядка 200 МВт, длительность импульса излучения ~50 не, длина волноводных линий связи — 7-8 длин волн. При суммировании был получен уровень мощности равный 190% от мощности отдельного генератора. Предельные допустимые частотные расстройки магнетронов определены не были, однако в некоторых экспериментах синхронизация" имела место при расстройке 60 МГц. Каналы связи генераторов были построены по принципам симметричных и несимметричных схем, разработанных на кафедре радиоэлектроники Томского государственного университета [60-64]. Данные схемы обеспечивают оптимальное, с точки зрения устойчивости синхронного режима, взаимодействие колебательных систем в достаточно широком частотном диапазоне. Это обстоятельство, а также предельная простота практической реализации делают возможным использование этих цепей в качестве стабилизирующих и управляющих элементов при построении сложных когерентных структур, в том числе сверхмощных генерирующих систем с распределенным выводом излучения.

Таким образом, на сегодняшний день имеется большое число разработок в области создания источников сверхмощного СВЧ-излучения. Тем не менее, их практическое применение ограничено высокой сложностью проектирования и изготовления генераторов, низкими потребительскими характеристиками излучения: широким спектром, низкой повторяемостью параметров импульсов, а также низким электронным коэффициентом полезного действия. По-прежнему остаются нерешенными проблемы вывода излучения, повышения энергетической эффективности процесса генерации, стабилизации и управления спектральными характеристиками.

Исходя из вышесказанного, актуальность работы обусловлена необходимостью существенного улучшения спектральных и энергетических характет ристик излучения релятивистских СВЧ-приборов и исследования новых методов воздействия на процессы генерации.

Цель диссертации заключается в разработке и исследовании способов стабилизации и управления энергетическими, и спектральными параметрами генерации релятивистского магнетрона и создании на его основе высокостабильного, управляемого лабораторного источника сверхмощного СВЧ-излучения.

В соответствии с поставленной в работе целью определены следующие задачи исследования.

1. Провести рассмотрение автоколебательных процессов в многорезонаторном магнетроне с внешней связью резонаторов. Исследовать влияние внешней связи на существование и устойчивость видов колебаний.

2. Осуществить синтез каналов внешней связи резонаторов магнетрона с суммированием колебаний в общей нагрузке или с распределением колебаний по системе нагрузок-излучателей с заданным амплитудно-фазовым профилем, используя симметричные и несимметричные схемы.

3. С целью оптимизации параметров синтезированных цепей связи, провести модельный эксперимент на базе маломощных транзисторных СВЧ-автогенераторов.

4. Провести экспериментальные исследования влияния внешней связи резонаторов релятивистского СВЧ-магнетрона на энергетические, временные и спектральные характеристики процесса генерации.

5. Осуществить распределенный вывод и пространственное формирование сверхмощного СВЧ-излучения релятивистского магнетрона.

Объект исследования: релятивистский СВЧ-магнетрон с внешней связью резонаторов анодного блока.

Предмет исследования: закономерности процесса генерации в релятивистском магнетроне дециметрового диапазона в зависимости от параметров внешних каналов связи.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались следующие методы:

1. модельные эксперименты с маломощными аналогами и эксперименты со сверхмощным релятивистским СВЧ-магнетроном;

2. методы статистической обработки измерений;

3. метод эквивалентных схем;

4. метод медленно меняющихся амплитуд;

5. методы анализа устойчивости динамических систем;

6. методы вычислительной математики;

7. методика определения мгновенного спектра сигнала;

8. метод компьютерного моделирования.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. Для двух взаимосвязанных автоколебательных систем СВЧ-диапазона распределённый вывод энергии со стабильными амплитудно-фазовыми соотношениями реализуется для синфазного или противофазного режимов генерации систем путем добавления в волноводный канал связи нагрузок-излучателей при следующих конфигурациях канала связи:

• длина канала связи для синфазного режима кратна длине волны, а для) противофазного - нечетному числу полуволн;

• излучающие нагрузки расположены вдоль канала на расстоянии кратном половине длины волны друг от друга;

• устойчивость когерентного режима обеспечивает единственная стабилизирующая нагрузка, расположенная в точке противофазного суммирования-колебаний систем.

2. Внешняя связь резонаторов релятивистского магнетрона, представляющая собой волноводный канал с включенным в него электрически симметрично излучателем при рассогласовании излучателя приводит к формированию области гистерезисной неустойчивости, имеющей периодическую структуру с шириной петли, пропорциональной длине канала связи. Разные состояния петли гистерезиса соответствуют конкурирующим подтипам рабочего вида колебаний магнетрона.

3. Внешняя связь резонаторов релятивистского магнетрона, выполненная в виде волноводного канала с электрически симметричным излучателем, стабилизирует характеристики импульсов СВЧ-излучения рабочей моды: обеспечивает селекцию видов колебаний, сужает спектр излучения до 1%, уменьшает среднеквадратичный разброс амплитуды до 5%, повышает мощность и энергию излучения.

Достоверность основных результатов и выводов.

1. В пользу достоверности первого защищаемого положения говорит то, что в основе предложенной конфигурации волнового канала лежат ранее изученные и апробированные свойства различных когерентных систем с симметричными и несимметричными конфигурациями цепей связи. Стабильность амплитудных и фазовых соотношений сигналов в канале связи с распределенным выводом излучения релятивистского магнетрона прогнозируется теоретическими оценками устойчивости когерентных режимов и подтверждается модельными экспериментами с маломощными СВЧ-автогенераторами и результатами экспериментов по пространственному формированию излучения магнетрона. Наблюдаемые на диаграмме излучения интерференционные минимумы не превышают -10 дБ, повторяются в большей серии импульсов и соответствуют расчетным оценкам.

2. Достоверность второго и третьего защищаемых положений о существовании и условиях реализации в магнетроне со связанными резонаторами подтипов колебаний подтверждается качественным соответствием результатов расчета резонансных частот колебательной системы магнетрона и результатов эксперимента.

3. Теоретическая автоколебательная модель магнетрона со связанными резонаторами построена с привлечением известных положений теории и практики взаимной синхронизации автогенераторов. Адекватность автоколебательной модели магнетрона с двумя выделенными подсистемами подтверждается результатами анализа локальной устойчивости синхронных движений системы без внешней связи и с внешней связью резонаторов. Результаты анализа устойчивости видов колебаний магнетрона не противоречат известным фактам о влиянии параметров внешней связи на характеристики синхронных режимов.

4. В пользу достоверности экспериментальных результатов говорит тот факт, что в процессе экспериментальных исследований релятивистского магнетрона объем зафиксированных и обработанных импульсов СВЧ-излучения составил порядка 105. Статистическая обработка такого набора данных позволила снизить погрешность измерений. Все точки экспериментальных характеристик усреднялись по результатам 5-10 отдельных измерений. В процессе исследований спектра излучения релятивистского магнетрона использован фильтр с полосой пропускания не более 30 МГц по уровню -3 дБ; анализ проводился в широком диапазоне частот 2550-3250 МГц при перестройке фильтра с шагом 5 МГц. Это позволяло наблюдать виды колебаний магнетрона, разность частот между которыми составляет порядка 60-70 МГц.

5. Расположение излучателей в волновом канале связи резонаторов релятивистского магнетрона и геометрические параметры канала задавались в процессе изготовления и сборки узлов экспериментальной установки с точно, Г * стью не более ±2% от длины волны.

6. Достоверность экспериментальных измерений также обеспечивалась регулярным контролем метрологических характеристик измерительного оборудования и классом точности использованных приборов.

Научная новизна исследования заключается в следующем.

1. Предложен новый подход к рассмотрению автоколебательных процессов магнетрона, основанный на методах классической теории колебаний. В рамках данного подхода колебательная структура магнетрона представляется как совокупность отдельных генерирующих подсистем, связанных друг с другом через внутренние и внешние каналы связи.

2. Впервые исследована система двух взаимносинхронизированных автогенераторов, цепь связи которых содержит произвольное число общих нагрузок, отличающаяся селективным влиянием элементов цепи связи на стабильность синхронного режима и на энергетические характеристики колебательной системы.

3. Проведено экспериментальное исследование оригинальной схемы релятивистского СВЧ-магнетрона с внешней связью резонаторов анодного блока. Впервые экспериментально обнаружено явление гистерезисной частотной неустойчивости процесса генерации релятивистского магнетрона с внешней связью резонаторов и определены условия возникновение подтипов колебаний.

4. Предложен новый способ управления параметрами генерации релятивистского СВЧ-магнетрона, основанный на объединении резонаторов анодного блока внешним трактом связи с нагрузками. Данный способ позволяет улучшить энергетические и спектральные характеристики импульсов, осуществить распределённый вывод сверхмощного СВЧ-излучения. Результаты работ в данном направлении исследований защищены. патентами Российской федерации № 2190281 [65] и № 2228560 [66].

5. Разработан и апробирован лабораторный источник сверхмощного импульсного СВЧ-излучения.

Научная значимость работы состоит в следующем.

1. Исследована автоколебательная система со сложной резонансной структурой, в которую введены внешние управляющие связи. Показана применимость методов теории взаимной синхронизации для описания колебательных процессов и их стабилизации в магнетроне со связанными резонаторами.

2. Представление магнетрона в виде автоколебательных подсистем позволяет адекватно описывать их взаимодействие через внешний канал связи и оценить влияние параметров канала.на устойчивость когерентного движения.

3. Доказана эффективность влияния внешних связей резонаторов релятивистского магнетрона на спектральную стабильность излучения.

4. Разработанный лабораторный источник сверхмощного импульсного СВЧ-излучения предоставляет широкие возможности по исследованию воздействия внешних связей колебательной системы релятивистского магнетрона на характеристики процесса генерации.

Практическая значимость работы.

1. Предложены новые способы управления параметрами излучения генерирующих приборов сверхмощной СВЧ-электроники.

2. Предложена методика, позволяющая синтезировать каналы связи резонаторов релятивистского СВЧ-магнетрона при построении на его базе источников направленного излучения.

3. Созданный лабораторный источник СВЧ излучения на релятивистском магнетроне с линейным индукционным ускорителем использован при выполнении грантов РФФИ № 98-02-16610, № 05-08-01210а и № 06-08-08013офи.

Личный вклад автора. Все представленные в работе материалы и экспериментальные результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Непосредственно автор принимал участие в следующей работе:

1. разработка и качественная оценка автоколебательной модели магнетрона с внешними связями резонаторов;

2. теоретический расчёт и экспериментальное исследование характеристик системы двух взаимносинхронизированных транзисторных автогенераторов;

3. разработка и проектирование волноводных элементов канала внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона;

4. создание программно-аппаратного комплекса автоматизации работы экспериментальной установки, релятивистского магнетрона и обработки экспериментальных результатов;

5. проведение всех этапов экспериментального исследования релятивистского магнетрона;

6. анализ и интерпретация всех полученных экспериментальных данных.

Рекомендации по использованию и внедрению результатов.

Полученные в процессе диссертационной работы результаты целесообразно использовать в организациях, специализирующихся на исследованиях в области сильноточной электроники, создании сверхмощных СВЧ-генераторов, где применяются релятивистские СВЧ-магнетроны, например ФГНУ «Научно-исследовательский институт ядерной физики» (г. Томск), а также в учебном процессе на радиофизическом факультете ГОУ ВПО «Томский государственный университет».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 работ [65-91], в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ [77, 80, 84, 88, 91], получены 2 патента Российской федерации [65, 66].

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических форумах:

1. 12th International symposium on high current electronics. Russia, Tomsk,

2000.

2. 7th Korea-Russia international symposium on science and technology, KORUS-2003. Republic Korea, Ulsan, 2003.

3. Современные проблемы физики и высокие технологии. Международная конференция, посвященная 125-летию ТГУ, 75-летию СФТИ и 50-летию РФФ ТГУ. Томск, 2003.

4. 13th International Symposium on high current electronics. Russia, Tomsk,

2004.

5. Актуальные проблемы радиофизики «АПР-80». Международная научно-практическая конференция, посвященная 80-летию кафедры радиоэлектроники РФФ ТГУ. Томск, 2006.

6. 14th International symposium on high current electronics. Russia, Tomsk,

2006.

7. 7th IEEE International vacuum electronics conference (IVEC/TVESC 2006). Monterey, CA. USA, 2006.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы. Общий объем диссертации - 191 страница, из которых основного текста - 173 страницы. В тексте работы содержится 5 таблиц и 67 рисунков. Список использованной литературы включает 129 источников. Структура диссертации двухуровневая: глава, раздел. Соответственно главы имеют одинарную нумерацию, разделы - двойную. Нумерация рисунков, формул и таблиц — двойная: первое число - номер главы, второе - номер рисунка, формулы либо таблицы в главе.

4.5. Выводы

1. Проведены экспериментальные исследования влияния внешнего канала связи резонаторов релятивистского магнетрона на спектральные, временные и энергетические характеристики СВЧ-излучения. Получены результаты, подтверждающие сильное и селективное влияние канала взаимодействия на конкурирующие виды колебаний.

2. Результаты экспериментов демонстрируют возможность эффективно-^ го управления энергетическими и спектральными* характеристиками СВЧизлучения релятивистского магнетрона путем изменения параметров внешней связи. В зависимости от длины тракта и согласования общей нагрузки, в системе могут быть созданы условия высокой модовой и спектральной стабильности рабочего вида колебаний, а также получены эффекты затягивания частоты и гистерезисной неустойчивости, инициированы конкурентные признаки процесса генерации. Экспериментально получен режим генерации конкурирующих подтипов рабочего Ятвида- колебаний; условия реализации данного режима полностью соответствуют расчетным оценкам.

3. Разработана и апробирована система вывода излучения релятивистского магнетрона через канал связи резонаторов. Получено пространственное распределение излучения с устойчивой диаграммой направленности, подтверждающее высокую стабильность амплитудно-фазовых соотношений в магне-тронном генераторе.

4. В результате проведенных исследований создан лабораторный источник сверхмощного СВЧ-излучения дециметрового диапазона на основе релятивистского магнетрона. Источник характеризуется высокой стабильностью энергетических и спектральных характеристик. Среднеквадратичный разброс амплитуды излучения не превышает 5%, ширина спектра излучения по ¡уровню >-3 дБ составляет порядка 1%.

5. Работоспособность созданного источника подтверждена в- масштабной серии экспериментов и в совпадении результатов измерений, проведенных с большим интервалом времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для» повышения стабильности СВЧ-излучения релятивистского магнетрона предложена модифицированная схема генератора, отличающаяся тем, что между резонаторами'анодного блока магнетрона вводится внешняя-управляющая связь. Внешняя связь осуществляется через волноводный канал, и позволяет оптимизировать взаимодействие между колебательными компонентами резонансной системы.

2. Предложен новый способ вывода СВЧ-излучения из релятивистского магнетрона. Вывод мощности осуществляется из канала внешней связи резонаторов путем включения в него1 системы нагрузок излучателей. Предложены и исследованы схемные варианты волнового канала связи со многими^ нагрузками, одновременно обеспечивающими стабилизацию когерентного режима связанных автогенераторов и заданный амплитудно-фазовый профиль распределения колебаний. При определенных видах симметрии канала связи они обеспечивают селективное управление параметрами взаимодействия резонаторов, согласованием тракта связи и распределением мощности.

3. Предложена линейная автоколебательная модель магнетрона с выделенными колебательными подсистемами. Используя феноменологический подход, построено адекватное описание взаимодействий подсистем для устойчивых когерентных режимов. Получены, аналитические условия устойчивости колебаний и проанализировано влияние на них параметров внешней связи. Показано, что в зависимости от настройки внешней связи может происходить либо усиление, либо ослабление устойчивости когерентных процессов.

4. Рассмотрены условия возникновения частотной неустойчивости, в релятивистском магнетроне с внешней связью резонаторов. Показано, что возникновение данного типа неустойчивости обусловлено импедансными свойствами канала внешней связи и■ характеризуется затягиванием частоты автоколебаний и формированием области гистерезисной неустойчивости. Получены экспериментальные доказательства существования гистерезисной неустойчивости в релятивистском магнетроне, это явление проявляется в форме возбуждения конкурирующих подтипов рабочего вида колебаний.

5. Проведены теоретические и> экспериментальные исследования системы двух взаимносинхронизированных автогенераторов с многими нагрузками в канале связи. Система моделирует взаимодействие колебаний в резонансной системе магнетрона с распределенным выводом мощности из канала внешней связи. Показано, что когерентный, режим с заданным амплитудно-фазовым профилем колебаний на системе нагрузок существует в широкой области частот и параметров системы. Показана* возможность получения дифференциального сигнала; контроль которого' позволяет проводить диагностику симметрии сложных когерентных систем и вид колебательного режима.

6. Экспериментальные результаты показывают, что внешняя связь между резонаторами анодного блока релятивистского магнетрона оказывает значительное воздействие на процессы генерации. Получены прямые результаты, демонстрирующие сильное селективное влияние внешней связи на конкурирующие виды колебаний. Это позволяет существенно улучшить спектральные, временные и энергетические характеристики СВЧ-излучения, модовую стабильность рабочего вида.

7. Разработана и апробирована система- вывода излучения релятивистского магнетрона через канал внешней связи резонаторов. Получено пространственное распределение излучения с устойчивой'диаграммой направленности, подтверждающее высокую стабильность амплитудно-фазовых соотношений, в магнетронном генераторе.

8: Создан источник сверхмощного СВЧ-излучения-дециметрового диапазона на основе релятивистского магнетрона с внешней связью резонаторов> анодного блока. К основным достоинствам источника следует отнести узкий спектр излучения, не превышающий 1% и высокую повторяемость рабочих характеристик. Работоспособность и практическая применимость созданного источника подтверждена в масштабной серии экспериментов и в совпадении результатов измерений, проведенных с большим интервалом времени.

9. Полученные теоретические и экспериментальные результаты демонстрируют возможность эффективного управления энергетическими и спектральными характеристиками релятивистского магнетрона путем изменения параметров внешней связи, что позволяет создавать высокостабильные сверхмощные СВЧ-источники различного назначения, в том числе с направленным пространственным излучением.

Результаты, полученные в рамках диссертации, опубликованы в работах [65-91].

1. Капица П. J1. Электроника больших мощностей / П. JL Капица. — М. : Изд-во АН СССР, 1962. - 196 с.

2. Диденко А. Н. СВЧ-энергетика / А. Н. Диденко, Б. В. Зверев. М. : Наука, 2000. - 262 с.

3. АртюхИ. Г. Релятивистские СВЧ устройства сверхбольшой мощности. Обзоры по электронной технике. Сер. 1, Электроника СВЧ / И. Г. Артюх,

4. A. Н. Сандалов, А. С. Сулакшин и др.. М. : Изд-во ЦНИИ «Электроника», 1989. - Вып. 17 (1490). - 70 с. '

5. Benford J. High-power microwaves / J. Benford, J. Swegle. Boston : Ar-tech House, 1992.-458 p.

6. Benford J. N. Propulsion of small launch vehicles using high power millimeter waves / J. N. Benford, L. Myrabo // Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses. Los Angeles, CA, January 1994. Los Angeles, 1994. - V. 2154. - P. 300-317.

7. Рухадзе А. А. Виркаторы (обзор) / А. А. Рухадзе, С. Д. Столбецов,

8. B.П.Тараканов// Радиотехника и электроника.- 1992.- Т. 37, вып. 3.1. C. 385-396.

9. Сретенский В. Н. Основы применения приборов сверхвысоких частот / В. Н. Сретенский. М. : Сов. радио, 1963. - 416 с.

10. Резонансная компрессия СВЧ импульсов на выходе релятивистского магнетрона / А. Н. Диденко, И. И. Винтизенко, А. И. Мащенко и др. // Доклады Академии наук. 1999. Т. 366, № 5. - С. 619-621.

11. Benford J. N. Application of high power microwaves to modification and measurement of the atmosphere // SPIE OE'LASE Conferance. Los Angeles, January 18-22, 1993. Los Angeles, 1993. - P. 300-311.

12. Воскресенский С. В. Формирование сложных многочастотных сигналов усилителем магнетронного типа / С. В. Воскресенский, Г. Г. Соломин-ский // Письма в Журн. техн. физики. 1997. - Т. 23, вып. 19. - С. 85-90.

13. Graig G. A symmetrically loaded relativistic magnetron/ G. Graig, J. Pettibone, D. Ensley // Abstr. IEEE Int. Conf. on Plasma Science. Montreal, 1979.-P. 44.

14. Materka A. A waveguide-caving multiple device FET oscillator / A. Ma-terka, S. Mizushina// IEEE Transaction on plasma science. 1982.- V. MTT-30, №8.-P. 1237-1241.

15. Импульсно-периодический релятивистский магнетрон / Л. Д. Бута-ков, И. И. Винтизенко, В. И. Гусельников и др. // Письма в Журн. техн. физики. 2000. Т. 25, вып. 13. - С. 66-71.

16. Винтизенко И. И. Импульсно-периодические релятивистские маг-нетронные СВЧ-генераторы // Известия вузов. Физика. — 2006. № 9, приложение. - С. 271-275.

17. Дубинов А. Е. Управление спектром генерации виркатора с помощью внешнего СВЧ сигнала / А. Е. Дубинов, В. Д. Селемир // Письма в Журн.техн. физики. 2000. Т. 26, вып. 13. - С. 17-22.

18. Виркатор с предмодуляцией электронного пучка на основе сильноточного импульсно-периодического ускорителя / С. А. Кицанов, А. И. Климов, С. Д. Коровин и др. // Журн. техн. физики. 2002. Т. 72, вып. 5. - С. 82-90.

19. Коровин С. Д. Релятивистская лампа обратной волны с модулирующим резонансным рефлектором / С. Д. Коровин, В. В. Ростов, Е. М. Тоть-менинов//Письма в Журн. техн. физики. -2005. -Т. 31, вып. 10.-С. 17-23.

20. Tunable L-band gigawatt vircators with feedback/ S. A. Kitsanov,

21. A. I. Klimov, S. D. Korovin et al. // Proc. in 12th symposium on high current electronics. Tomsk, Russia, 2000. Tomsk, 2000. - V. 2. - P. 423-428.

22. Рамазанов P. 3. Мощный коаксиальный убитрон СВЧ диапазона: моделирование методом крупных частиц / Р. 3. Рамазанов, Г. В. Сотников, Ю. В. Ткач // Журн. техн. физики. 2005. - Т. 75, вып. 6. - С. 74-80.

23. Мощный виркатор на базе безжелезного»линейного индукционного ускорителя электронов / В. Д. Селемир, А. Е. Дубинов, Б. Г. Птицын и др. // Журн. техн. физики. 2001. - Т. 71, вып. 11. - С. 68-72.

24. Виркатор с баллистической фокусировкой электронного пучка /

25. B. Д. Селемир, А. Е. Дубинов, Б. Г. Птицын и др. // Журн. техн. физики. -2004. Т. 74, вып. 5. - С. 125-129.

26. Benford J. Phase-locking of relativistic magnetrons / J. Benford et al. // Phys. Rev. Lett. 1989. - V. 62, № 8. - P. 969-971.

27. Levine J. S. Design and operation of a module of phase locked relativistic magnetrons/ J. S. Levine, N. Aiello, J.N. Benford, B. Harteneck// J. Appl. Phys. 1991. -V. 70, № 5. - P. 2838-2848.

28. Evolution of spectral power density in grounded cathode relativistic magnetron / I. Schnitzer, A. Rosenberg, C. Leibovitz et al. // Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses IV. Denver, 1995. - V. 2843. - P. 101-109.

29. Sze H. Phase-stability analysis of the magnetron-driven vircator experi1ment / H. Sze et al. // IEEE Transaction on plasma science. 1990. - V. 18, № 3. -P. 580-585.

30. Operating mode of rising-sun and A6 magnetrons / T. A. Treado, W. O. Dogget, E. E. Thomas et al. // IEEE Transaction on plasma science. — 19881 -V. PS-16, № 2. P. 237-248.

31. Когерентные процессы в системе двух связанных релятивистских магнетронов / Г. Г. Канаев, С. С. Новиков, А. С. Сулакшин, H. М. Филипенко и др. // Письма в Журн. техн. физики. 1995. - Т. 21, вып. 20. - С. 51-54.

32. Экспериментальные исследования разнорезонаторного сильноточного магнетрона / И. И. Винтизенко, А. С. Сулакшин, JI. Ф. Черногалова и др. // Письма в Журн. техн. физики. 1983. - Т. 9, вып. 8. - С. 482-485.

33. Винтизенко И. И. О возможности механической перестройки частоты излучения релятивистского магнетрона // Письма в Журн. техн. физики. -2000. Т. 26, вып. 17. - С. 67-70.

34. Свидетельство на полезную модель № 13937 Российская Федерация, МПК H 01 J 25/00. Магнетрон / Винтизенко И. И. (Российская Федерация).-.^ 99125713 ; заявлено 7.12.1999 ; опубл. 2000, Бюл. № 16.

35. Бугаев С. П. Экспериментальное исследование характера движения катодной плазмы поперек магнитного поля в диодах с магнитной изоляцией / С. П. Бугаев, А. А. Ким, В. И. Кошелев, П. А. Хряпов // Физика плазмы. -1983.-Т. 9, №6.-С. 1287-1291.

36. Винтизенко И. И. Спектроскопические исследования параметров диодной плазмы в обращенном коаксиальном диоде с магнитной изоляцией / И. И. Винтизенко, А. С. Сулакшин, С. С. Сулакшин // Физика плазмы. 1990.1. Т. 16, №4.-С. 504-507.

37. Бычков С. И. Вопросы теории и практического применения приборов магнетронного типа / С. И. Бычков. М., Сов. радио, 1967. - 216 с.

38. Лебедев И. В. Техника и приборы сверхвысоких частот : в 2 т./ И. В. Лебедев ; под ред. Н. Д.' Девяткова. М. : Высшая школа, 1972. - Т. 2 : Электровакуумные приборы СВЧ. - 365 с.

39. Магнетроны сантиметрового диапазона : в 2 т. : пер. с англ. / под ред. С. А. Зусмановского. М. : Сов. радио, 1950-1951. — Т. 1-2.

40. Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями : в 2 т. / под ред. М: М. Федорова. М. : Изд-во иностранной литературы, 1961.-Т. 2.-380 с.

41. Самсонов Д. Е. Основы расчета и конструирования многорезона-торных магнетронов / Д. Е. Самсонов. -М. : Сов. Радио; 1966. — 224 с.

42. Половков И. П. Стабилизация частоты генераторов СВЧ внешним объёмным резонатором / И. П. Половков. М. : Сов. радио, 1967. - 192 с.

43. Глейзер И. 3. Ограничение длительности импульса СВЧ излучения в сильноточном магнетроне / И. 3. Глейзер, А. Н. Диденко, А. С. Сулакшин, Г. П. Фоменко, В. И. Цветков // Письма в Журн. техн. физики. 1980. - Т. 6, вып. 1.-С. 44-49.

44. Геворкян В. М. Состояние и перспективы создания сумматоров мощностей полупроводниковых генераторов. Обзоры по электронной технике. Сер. 1, Электроника СВЧ / В. М. Геворкян, Д. А. Ковтунов. -М. : Изд-во.ЦНИИ «Электроника», 1989. Вып. 18 (1500). - 74 с.

45. Дворников А. А. Фазированные автогенераторы радиопередающих устройств / А. А. Дворников, Г. М. Уткин. М. : Энергия, 1980. - 177 с.

46. Демьянченко А. Г. Синхронизация генераторов гармонических колебаний / А. Г. Демьянченко. М. : Энергия, 1976. - 240 с.

47. Косов А. С. Генераторы гармоник миллиметрового диапазона наоснове диодов Ганна / А. С. Косов, В. Г. Еленский // Зарубежная радиоэлектроника. 1987. - № 2. - С. 54-65.

48. Хрусталев А. В. Современный уровень и тенденции развития техники сложения мощностей активных полупроводниковых приборов СВЧ-диапазона. Обзоры по электронной технике. Сер. 1, Электроника СВЧ/

49. A. В. Хрусталев. Ml : Изд-во ЦНИИ «Электроника», 1988. - Вып. 13 (1388). -72 с.

50. Ширяев А. В. Анализ КПД колебательной системы многодиодного генератора со стабилизирующими нагрузками в цепях диодов / А. В. Ширяев,

51. B. С. Мерзлов // Электронная техника. Сер. электроника СВЧ. 1980. -№11.1. C. 18-21.

52. Хотунцев Ю. JI. Синхронизированные генераторы и автодины на полупродниковых приборах / Ю. JI. Хотунцев, Д. Я. Тамарчак. М. : Радио и связь, 1982.-240 с.

53. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных автогенераторах / Н. Н. Фомин, В. С. Андреев, Э. С. Воробейников и др. ; под ред. Н. Н. Фомина. М. : Радио и связь, 1991. - 192 с.

54. Диденко А. Н. О предельно допустимых уровнях мощности импульсных релятивистских СВЧ генераторов различных типов / А. Н. Диденко, М.С.Дмитриев// Письма в Журн. техн. физики. 2000.- Т. 26, вып. 10.-С. 9-12.

55. Литвинов Е. А. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумных разрядах / Е. А. Литвинов и др. // Успехи физ. наук. 1983. - ' Т. 139. -С. 265-302.

56. Лисовский В. А. Критерий пробоя газа в СВЧ поле // Письма в Журн. техн. физики. 1999. - Т. 69, вып. 11. - С. 25-29.

57. Sze Н. A master-oscillator-driven phase locked vircator array / H. Sze et al. // J. Appl. Phys. 1990. - V. 68, № 7. - P. 3073-3079.

58. H. Sze. Phase locking of two strongly coupled vircators / H. Sze, D. Price // J. Appl. Phys. 1990. - V. 67, № 5. - P. 2278-2282.

59. Novikov S. S. Receiving of superhigh powers in system of strongly coupled microwave oscillators / S. S. Novikov, S. A. Maidanovskii, S. A. Sulakshin// Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses IV.- Denver, 1995.- V. 2557.-P.523-530.

60. Novikov S. S. Investigations of a system of strongly coupled relativistic magnetrons / S. S. Novikov, A. S. Sulakshin, N. M. Filipenko et al. // Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses V. San-Diego, 1997. - V. 3158. - P. 271-277.

61. Novikov S. S. The coherent regimes of phase-locked relativistic magnetrons operation / S. S. Novikov, A. S. Sulakshin, G. G. Kanaev et al. // Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses IV. Denver, 1995. - V. 2557. - P. 492-498.

62. Владимиров С. H. Нелинейные колебания многочастотных автоколебательных систем / С. Н. Владимиров, А. С. Майдановский, С. С. Новиков. -Томск : Изд-во Том. ун-та, 1993. 203 с.

63. Novikov S. S. Stabilization of synchronous frequency in system of strongly coupled microwave oscillators / S. S. Novikov, S. A. Maidanovskii, S. A. Sulakshin// Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses IV.- Denver, 1995.-V. 2843.-P. 293-302.

64. Novikov S. S. Multigenerator coherent microwave systems based on symmetrical and nonsymmetrical schemes // Proc. SPIE in Intense Microwave Pulses V. San Diego, 1997. -V. 3158, P. 260-264.

65. Новиков С. С. О согласованной работе синхронизированных автогенераторов на общую нагрузку / С. С. Новиков, А. С. Майдановский // Радиотехника и электроника. 1983. - Т. 28, № 3. - С. 513-517.

66. Новиков С. С. Симметричные и несимметричные системы сильно связанных автогенераторов / С. С. Новиков, С. А. Майдановский // Радиотехника и электроника. 2003. - Т. 48, № 5. - С. 595-600.

67. Патент на изобретение №2190281 Российская Федерация, МШС Н 01 J 25/50. Релятивистский магнетрон/ Винтизенко И. И., Заре-вичА. И., Новиков С. С. (Российская Федерация). №2001128794 ; заявлено«2510.2001 ; опубл. 2002, Бюл. № 27.

68. Патент на изобретение № 2228560 Российская Федерация, МПК Н 01 J 25/50. Релятивистский магнетрон/ Винтизенко И: И., Заре-вичА. И., Новиков С. С. (Российская Федерация). №2002124144 ; заявлено1109.2002 ; опубл. 2004, Бюл. № 13.

69. Novikov S. S. Mutually locked oscillator system wich power distribution on many loads / S. S. Novikov, A. I. Zarevich// Proc. in 12th International symposium on high current electronics. Tomsk, Russia, 2000.- Tomsk, 2000.- V. 2.-P: 466-469.

70. Винтизенко И. И. Управление излучением релятивистского СВЧ магнетрона / И. И. Винтизенко, А. И. Заревич, С. С. Новиков // Физика радиоволн: Тр. Всероссийской научной конференции. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2002. — С. VII54- VII58.

71. Винтизенко И. И. Влияние внешней связи резонаторов релятивистского магнетрона на стабильность и мощность колебаний / И. И. Винтизенко,

72. В. И. Гусельников, А. И. Заревич, С. С. Новиков // Письма в Журн. техн. физики. 2003. - Т. 29, вып. 7. - С. 64-70.

73. Заревич А. И. Автоматизированный комплекс для диагностики импульсов релятивистского СВЧ. генератора / А. И. Заревич, Е. В. Вегнер, И. И. Винтизенко // Приборы и техника эксперимента. 2004. - № 3. - С. 78-82.

74. Zarevich A. I. Local oscillation stability in magnetron with coupled cavities / A.I. Zarevich, I.I. Vintizenko, S. S. Novikov// Proc. of 13th International symposium on high current electronics. Tomsk, Russia, July 25-30, 2004. Tomsk,2004.-P: 273-276.

75. Винтизенко И. И. Релятивистский магнетрон с распределенным выводом СВЧ излучения / И. И. Винтизенко, А. И. Заревич, С. С. Новиков // Письма в Журн. техн. физики. — 2005. Т. 31, вып. 9. - С. 63-68.

76. Заревич А. И. Динамика спектра излучения релятивистского СВЧ магнетрона со связанными резонаторами / А. И. Заревич, С. С. Новиков, И. И. Винтизенко // Известия вузов. Физика. 2006. — № 3, приложение. -С. 107-108.

77. Заревич А. И. Феноменологическая модель многорезонаторного СВЧ магнетрона / А. И. Заревич, С. С. Новиков // Известия вузов. Физика. -2006. № 3, приложение. - С. 109-110.

78. Винтизенко И. И. Влияние внешней связи резонаторов магнетрона на спектр видов колебаний / И. И. Винтизенко, А. И. Заревич, С. С. Новиков // Известия вузов. Физика. 2006. - № 9. - С. 114—118.

79. Заревич А. И. Система взаимосвязанных автогенераторов с распределением мощностей по многим-нагрузкам / А. И. Заревич, С. С. Новиков // Известия вузов. Физика. 2006. - № 9, приложение. - С. 276-282.

80. Zarevich A. I. Radiation Spectrum Dynamics of Relativistic Microwave Magnetron with Coupled Cavities / A. I. Zarevich, 1.1. Vintizenko, S. S. Novikov// Известия вузов. Физика. 2006. - № 11, приложение. - С. 454-457.

81. Винтизенко И. И. Спектральные характеристики релятивистского магнетрона со связанными резонаторами / И. И. Винтизенко, А. И. Заревич, С. С. Новиков // Письма в Журн. техн. физики. 2006. - Т. 32, вып. 23. -С. 40-47.

82. Гутцайт Э. М. Электроника и её применение // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР. 1976. - Т. 8. - С. 5-42.

83. Мигулин В. В. Основы теории колебаний : учеб. руководство / В. В. Мигулин, В. И. Медведев, Е. Р. Мустель, В. Н. Парыгин ; под ред. В. В. Мигулина. М. : Наука, 1988. - 392 с.

84. Капранов М. В. Теория колебаний в радиотехнике : учеб. пособие для вузов / М. В. Капранов, В. Н. Кулешов, Г. М. Уткин. М. : Наука, 1984. -320 с.

85. Уткин Г. М. Автоколебательные системы и волновые усилители / Г. М. Уткин. М. : Сов. радио, 1978. - 272 с.

86. Боголюбов Н. Н. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний/ H.H. Боголюбов, Ю. А. Митропольский.- М. : Наука, 1974.504 с.

87. Андреев В. С. Теория нелинейных электрических цепей / В. С. Андреев. М. : Связь, 1972. - 328 с.

88. Рубаник В. П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием / В. П. Рубаник. М. : Наука, 1969. 288 с.

89. Парыгин В. Н. Уточнение теории взаимной синхронизации двух автогенераторов // Вестник Московского университета. Сер. математика, механика, астронимия, физика, химия. 1957. - № 2. - С. 139-143.

90. Малкин И. Г. Теория устойчивости движения / И. Г. Малкин. М. : Наука, 1966.-532 с.

91. Меркин Д. Р. Введение в теорию устойчивости движения/ Д. Р. Меркин. М:: Наука, 1971. - 312 с.

92. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн ; под ред. И. Г. Арамановича. 5-е изд. -М. : Наука, 1984. 832 с.

93. Дворников A.A. О резонансно связанных автогенераторах/

94. А. А. Дворников, В. И. Огурцов // Радиотехника и электроника. 1977. - Т. 22, № 5. - С. 1003-1007.

95. Новиков С. С. Динамические и статические неустойчивости когерентных автоколебательных систем с управляемыми связями // Известия вузов. Физика. 2006. - № 9, приложение. — С. 265-270.

96. Novikov S. S. Dynamic and static instabilities of coherent self-oscillating system with controlled couplings // Известия вузов. Физика. 2006. -№11, приложение. - С. 427-430.

97. Фельдштейн A. JI. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ / А. Л. Фельдштейн, Л. Р. Явич. М. : Связь, 1972. - 388 с.

98. Бабаков Н. А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов по специальности «Автоматика и телемеханика» : в 2 ч. / Н. А. Бабаков, А. А. Воронов, А. А. Воронова и др. ; под ред. А. А. Воронова. — М. : Высшая школа, 1986.-Ч. 1.-367 с.

99. Теодорчик К. Ф. Автоколебательные системы / К. Ф. Теодорчик. -М. : — Гос. тех. издат, 1952. 272 с.

100. Норкин С. М. Дифференциальные уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом / С. М. Норкин. М. : Наука, 1965. - 356 с.

101. Мышкис А. Д. Линейные дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом / А. Д. Мышкис. М. : Наука, 1972. - 352 с.

102. Бецкий О. В. Побочные колебания в электронных приборах СВЧ/ О. В. Бецкий, К. И. Палатов, М. Б. Цейлин, Ю. Д. Ильин. М. : Радио и связь, 1984. - 152 с.

103. Волковский А. Р. Влияние запаздывания отраженного сигнала на устойчивость системы фазовой синхронизации / А. Р. Волковский, С. А. Петровский // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39, вып. 11. - С. 1776-1779.

104. Самойленко В. Н. Взаимная синхронизация в разнесенных антенных системах / В. Н. Самойленко, И. Ю. Лыгина // Известия вузов. Радиоэлектронка. 1985. - Т. 28, № 9. - С. 71-73.

105. Воскресенский Д. И. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток) : учеб. пособие для вузов / Д. И. Воскресенский, Р. А. Грановская, Н. С. Давыдова и др. ; под ред. Д. И. Воскресенского. -М. : Радио и связь, 1981. 432 с.

106. Винтизенко И. И. Линейные индукционные ускорители / И. И. Вин-тизенко, Э. Г. Фурман // Известия вузов. Физика. 1998. - № 4, приложение. — С. 111-119.

107. Патент на изобретение № 2178244 Российская Федерация, МПК Н 05 Н 11/04, Н 05 Н 9/00. Линейный индукционный ускоритель / Винтизенко И. И. (Российская Федерация). №2000111309 ; заявлено 06.05 2000 ; опубл. 2002, Бюл. №1.

108. Бутаков Л. Д. Частотный линейный индукционный ускоритель ЛИУ 04/4000 / Л. Д. Бутаков, И. И. Винтизенко, Э. Г. Фурман и др. // Приборы и техника эксперимента. 2000. - № 3. - С. 159-160.

109. Бутаков Л. Д. Линейные индукционные ускорители на магнитных элементах / Л. Д. Бутаков, В. В. Васильев, И. И. Винтизенко, Э. Г. Фурман // Приборы и техника эксперимента. 2001. - № 5. - С. 104-110.

110. БахрушинЮ. П. Линейные индукционные ускорители/ Ю. П. Бахрушин, А. И. Анацкий. М. : Атомиздат, 1978. - 245 с.

111. Винтизенко И. И. К вопросу выбора рациональной конструкции системы охлаждения катушек магнетронов / И. И. Винтизенко, В. С. Логинов, А. Р. Дорохов и др.// Известия вузов. Электромеханика,- 1999.- №4,-С.117-119.

112. Данилин Б. С. Основы конструирования вакуумных систем / Б. С. Данилин, В. Е. Минайчев. -М. : Энергия, 1971. 272 с.

113. Пипко А. И. Конструирование и расчет вакуумных систем / А. И. Пипко, В. Я. Плисковский, Е. А. Пенчко. -М. : Энергия, 1979. 504 с.

114. Харкевич А. А. Спектры и анализ / А. А. Харкевич. М. : Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. — 236 с.

115. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С. И. Баскаков. — М. : Высшая школа, 1988. 448 с.

116. Блехман И. И. Синхронизация динамических систем / И. И. Блехман. М. : Наука, 1971.-896 с.

117. Беллман Р. Дифференциально-разностные уравнения : пер. с англ. / Р. Беллман, К. Л. Кук ; под ред. Л. Э. Эльцгольца. М. : Мир, 1967. - 548 с.

118. Рапопорт Г. Н. К вопросу о взаимной синхронизации автогенераторов сравнимой мощности // Радиотехника. 1951. - Т. 6, № 4. - С. 53-65.

119. Ваврив М. Д. Нестационарная теория магнетронов на пространственной гармонике с холодным катодом / М. Д. Ваврив, С. В. Сосницкий // Радиофизика и радиоастрономия. 2001. - Т. 6, № 1. - С. 131-141.