Оптимизация процессов взаимодействия электронных потоков с электромагнитными волнами в усилителях и генераторах типа О и приборах с поперечной модуляцией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

)

Белорусский государственны» университет

УДК 621.385.6.029.6

СИНЙЦЫН Анатолий Константинович

"Оптимизация процессов взаимодействия электронных потоков с электромагнитными волнами в услителях и генераторах типа О и приборах с поперечной модуляцией"

01,04.03. - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Минск 1995

Работа выполнялась в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники

Научный консультант д.ф.-м.н. профессор Кураев A.A. Официальные оппоненты:

член корр.АН РБ, профессор Кухарчик П.Д.

д.ф.-м.н., профессор Дашенков В.М. д.ф.-м.н., с.н.с. Слепян Г.Я.

Оппонирующая организация

Институт Радиотехники и Электроники АН РФ, г.Москва

Защита состоится "22 " &е*а£р>д 1995г. в 10 часов на заседании Совета по защите докторских диссертаций Д 056.03.09 при БГУ

по адресу 220080, г.Минск, пр.Ф.Скорины 4, Главный корпус, ауд. 206. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГУ.

Автореферат разослан 15.11. 1995г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций д.ф.-м.н.

L

В.В.Апанасович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Настоящая работа выполнепа в русле решеиия общей проблемы совершенствования параметров а конструкций электровакуумных приборов СВЧ. Она актуальна в связи с широким применением таких устройств во многих областях - космическая и телевизионная связь, радиолокация, промышленный нагрев и ' технологическая обработка материалов, медицинские исследования, термоядерная энергетика, ускорительная техника.

Такое широкое использование электровакуумных приборов СВЧ выдвигает все более жесткие требования к их выходным характеристикам (коэффициент заиления, полоса, чистота спектра). Проблема повышения эффективности, т.е. КПД практически для всех таких приборов является одной из центральных, а для приборов средней и большой мощности выдвигается на первый план.

Анализ состояния проблемы показал, что:

Процессы взаимодействия электронных потоков (ЭП) с электромагнитными волнами (ЭМВ), лежащие в основе работы электровакуумных приборов (ЭВП), весьма многообразны и нуждаются в детальном теоретическом анализе. Действительно, несмотря на прошедшие 56 лет с момента создания первого клистрона, постоянно обнаруживаются новые механизмы усиления и генерации электромагнитных воля электронными потоками. В то же время ведется постоянное совершенствование классических электронных приборов СВЧ.

- Среди таких ЗВП преобладают устройства, основанные на 0-тппе взаимодействия, при котором осуществляется продольная модуляция ЭП, его группировка и отбор энергии ЭП возбуждаемой волной. Проблема повышения эффективности этого механизма достаточно актуальна, т.к. КПД типичных ЛБВ-О ие превышает 20-35%.

- Для получения больших и сверхбольших уровней мощности в ЭВП используются релятивистские ЭП (РЭП). Известно, однако, что продольная модуляция РЭП неэффективна, поэтому определенные усилия направлены на поиск эффективных механизмов взаимодействия РЭП с ЭМВ, использующих различные модификации поперечной модуляции.

- Особенность конструирования ЭВП состоит в том, что их экспериментальные макеты весьма дорогостоящие, ввпду чего особое значение придается предварительному моделированию и попеку их оптимальных конструкций на ЭВМ.

Связь работы с крупными научными программами, темами

Диссертация выполнена в рамках одного из основных научных направлений БГУИР - "Математические методы моделирования и оптимизации электронных приборов и устройств".

По теме диссертации выполнялись работы в рамках программы "Информатика" и по заданию "Фонда фундаментальных исследований РБ"

Цель и задачи исследования Цель работы

На основе моделирования и оптимизации на ЭВМ получить предельные по эффективности параметры процессов взаимодействия ЭП с ЭМВ в приборах О-типа с нерегулярными по длине характеристиками и приборах с поперечной модуляцией, выявить основные закономерности, проявляющиеся в оптимальных режимах, указать наиболее эффективные, а также исследовать новые механизмы взаимодействия, на основе которых можно создать перспективные приборы новых типов.

Для достижения поставленной цели требуется решить задачи

- Разработать математические модели, эфективные методы расчета и оптимизации а также пакеты прикладных программ, позволяющие производить анализ и оптимизацию процессов взаимодействия ЭП с ЭМВ в приборах СВЧ различных типов.

- Получить параметры оптимальных режимов О - типа взаимодействия при распределенном управлении механизмом фазировки и выявить закономерности, проявляющиеся при их реализации в различных модификациях приборов: ЛБВ, оротрон, ЛБВ на ЦСР, ЛБВ со спиральным ЭП и профилированным магнитным полем.

- Выявить возможности повышения эфективности релятивистских клистронов за счет использования механизма поперечной модуляции и последующей группировки РЭП в неоднородном магнитном поле.

- Получить оптимальные по КПД параметры процессов усиления и генерации циркулярно поляризованных ЭМВ на прямолинейом РЭП как в традиционных (гирокон) так и в принципиально новых приборах (гиротон).

- Выявить факторы, влияющие на эффективность пениотропного механизма взаимодействия.

- Получить оптимальные параметры и разработать рекомендации по конструированию приборов с улучшенными выходными характеристиками.

Научная новизна полу ченных результатов

состоит в следующем: .

- разработаны новые методы: метод синхронного электрона для поиска оптимального закона изменения характеристик ЗС вдоль приборов типа-О, метод расчета дисперсионных характеристик спирали, закрепленной в экране диэлектрическими опорами;

- впервые обнаружен и исследован ранее неизвестный физический эфект ограничения КПД релятивистской ЛБВ-О за счет невзаимности энергии взаимодействия электронов в сгустке в релятивистском случае;

впервые предложен и обоснован новый механизм управления фазировкой О-типа взанмояействия сппрализованного ЭП с замедленной симметричной Е-волной за счет профилирования фокусирующего магнитного поля;

- впервые обнаружен эффект автогенерашш вращающейся волны цилиндрического резонатора на прямолинейном РЭП;

- предложена усовершенствованная схема релятивистского клистрона с поперечной модуляцией - удвоителя частоты, позволяющая увеличить коэффициент усиления и КПД при одновременном уменьшении длины прибора;

- впервые найдены максимально достижимые КПД и оптимальные параметры приборов: ЛБВ-О с нерегулярной ЗС, оротрона с нерегулярной дифракционной решеткой, ЛБВ на нерегулярной ЦСР, ЛБВ со спирализованным ЭП и профилированным магнитным полем, клистрона с поперечной модуляцией- удвоителя частоты, гиротона-усилитеяя и лиротона-генератора, пениотрона, исследованы их выходные характеристики.

Практическая значимость полученных результатов

Результаты работы значительно дополняют и развивают представления о физических явлениях й достижимых максимальных КПД в усилителях и генераторах типа О и приборах на РЭП с поперечной модуляцией

Информация о предельных КПД и найденных закономерностях оптимальных режимов указывает пути повышения эффективности на 20-50% ряда приборов СВЧ: ЛБВ-О, ЛБВ на ЦСР, оротроиов.

Предложенные перспективные схемы мощных СВЧ приборов (гиротонов-усилителей, гиротонов-генераторов, релятивистских клистронов -удвоителей частоты) открывают новые возможности в создании усилителей и генераторов для промышленных технологических установок, передачи энергии по лучу, нагреву плазмы.

Полученные математические модели, методы и программы создают основу для проведения дальнейших численных экспериментов и детальной конструкторской проработки при создании экономичных приборов СВЧ с . улучшеными выходными характеристиками.

Результаты диссертации использовались при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР, а также нашли отражение в учебных курсах, читаемых на кафедрах "вычислительных методов и программирования" н "антенн и устройств СВЧ" БГУИР.

Экономическая значимость полученных результатов

определяется следующим:

- сокращение затрат на дорогостоящие натурные эксперименты,

- повышение электронного КПД увеличивает срок службы приборов, позволяет значительно удешевить конструкцию за счет отказа от сложной системы рекуперации, уменьшает энергопотребление. .

1 Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Математические модели, алгоритмы и программы, позволяющие расчитывать и проводить оптимизацию по КПД параметров нелинейных процессов взаимодействия мощных ЭП с ЭМВ в усилителях и генераторах СВЧ типа О и приборах с поперечной модуляцией - ЛБВ-О, оротроне, ЛБВ-О на ЦСР, ЛБВ-О со спиралнзованным ЭП и профилированным магнитным полем, клистроне с поперечной модуляцией, гироконе, гиротоне,' «ениотроне.

2. Эффективный метод нахождения квазиоптимального по КПД закона управления механизмом взаимодействия типа 0 - метод синхронного электрона в самосогласованном пале, позволивший найти оптимальные параметры, при которых расчетный КПД составляет 70-80% в ЛБВ-О с. нерегулярной ЗС, в оротроне с нере1улярной дифракционной решеткой, в ЛБВ с нерегулярной ЦСР.

3. Оптимальный закон изменения холодной фазовой скорости Уф(1), обеспечивающий условия захвата электронных сгустков и последующего отбора энергии от них, имеющий характерный, объяснимый с точки зрения физических процессов в ЛБВ профиль: на начальном участке \>ф монотонно

повышается, обеспечивая синхронизм средней скорости электронов пучка и горячей фазовой скорости возбуждаемой волны. В максимуме Уф может существенно превосходить синхронный уровень, после максимума у^

создается изохронный режим, обеспечивающий интенсивный отбор энергии от ЭП. Такой профиль реализует условия оптимальной группировки ЭП на

начальном участке и улучшенные условия отбора энергии на конечном участке, что позволяет получить максимальный КПД до 80% (в отсутствии потерь в ЗС).

4. Выявленные физические закономерности процесса взаимодействия в ЛБВ-0 с нерегулярной ЗС. Учет распределенного затухания в ЗС снимает двухрежимное "вырождение" на участке отбора: режим автофазнои ЛЕВ оказывается неэффективным, эффективным оказывается только режим "короткой ЛБВ", при котором происходит быстрый и монотонный отбор энергии от сгустка электронов.

5. Обнаруженный эффект ограничения КПД релятивистских приборов типа О, в которых достигается значительный уровень группирования из-за того, что энергия РЭП аккумулируется в сгустке в виде энергии взаимодействия, которая не совпадает с релятивистской потенциальной энергией. Установленный факт, что коррекция сил пространственого заряда, связанная с ускорением частиц, не имеет существенного значения в приборах с распределеннным взаимодействием, где эти ускорения ограничены. Поэтому в теории таких приборов возможно использование преобразования Лоренца в расчетах сил пространственного заряда.

6. Предложенный механизм управления • фазировкой О-типа взаимодействия спирализованного ЭП с замедленной £^-волной в ЛБВ за счет профилирования фокусирующего магнитного поля. Характерный оптимальный закон изменения магнитного поля в такой ЛБВ имеет вначале участок возрастания, обеспечивающий условия синхронизма с "горячей" волной, после достижения максимума следует мопотонное убывание магаитостатического поля. При этом реализуется изофазный механизм отбора эиерпш. Максимальный КПД достигается при практически полном преобразовании поперечной составляющей скорости и незначительной части' продольной составляющей в энергию СВЧ-пОля и может быть более 70 %.

7. Разработанную теорию группирования РЭП в неоднородном магнитном поле в релятивистском клистроне с поперечной модуляцией - удвоителе частоты. Наилучшую конструкцию такого клистрона с модулятором, имеющим два резонатора на Ец0 — моде, настроенных на частоту , сигнала со (первый активный, второй пассивный), участок дрейфа с монотонно нарастающим магнитостатическим полем, два-три догруппирукяцих резонатора, настроенных на частоту 2 со, и резонатор отблрателя, перед которым имеется участок Понижения Магнитного поля.

8. Разработанную теорию усилителей и генераторов, основанных на взаимодействии вначале прямолинейного РЭП с вращающимися электромагнитными полями при условии гирорезонаиса в отбирателе -

гаротонов. Результаты сравнения эффективности отбирателей шротома, выявившие, что наилучшим по максимально допустимым КПД при относительно небольших входных значениях Питч-фактора q является комбинированный тип колебаний Еио + Нщ, использование типов или Н}}1 дает несколько худшие результаты. Обоснованную наиболее оптимальную конструкцию одно-, двух- и трехкаскаяного модулятора с длиной участка дрейфа, на которой реализуется одни виток, после которого РЭП входит в резонатор отбирателя вблизи оси. Отработанную методику расчета такого модулятора и полученные таблицы его оптимальных параметров, позволяющие оценить выходные характеристики различных конструкций шротонов. Полученные оптимизированные варианты различных конструкций шротоиов с КПД более 90%.

9. Эффект беспороговой генерации вращающейся Е]1Г моды цилиндрического резонатора на прямолинейном РЭП, при которой обеспечивается КПД до 66%, Оптимальные варианты составного гиротон-генератора, в котором вслед за резонатором с модой следует цилиндрический резонатор, настроенный. на Нщ волну, или гибридную Ецо + Нщ- моду. В таком генераторе достигается КПД ~ 90%.

10. Оптимальные варианты пениотронного усилителя и генератора , с различными типами электродинамических систем при учете сил ППЗ и встречной парциальной волны стоячего поля резонатора.

Личный вклад соискателя

Автор принимал непосредственное личное участие в получении всех результатов, представленных в диссертации.

Автором лично получены следующие результаты:

- разработаны математические модели, эффективные методы, алгоритмы и пакеты программ анализа и оптимизации процессов взаимодействия электронного потока с возбуждаемыми электромагнитными волнами, лежащих в основе работы электровакуумных приборов различных типов;

- предложены и обоснованы новые эффективные методы: метод синхронного электрона, метод нахождения дисперсионных характеристик спирали в экране с диэлектрическими опорами;

- обнаружен эффект ограничения КПД релятивистских приборов типа-0, в которых достигается значительный уровень группирования;

- разработана теория каскадной поперечной модуляции и группирования РЭП в неоднородном магнитном поле в клистроне с поперечной модуляцией -удвоителе частоты;

Совместно е профессором Л.А.Кураепым

- выявлены физические закономерности ЛЕВ-0 с оптимизированной нерегулярней ЗС, обеспечивающей КПД 60-80%;

- предложена п обоснована перспективность' ЛБВ-О со еппралезядным электронным потоком и профилированным магнитным нолем;

предложена и обоснована схема гирокона с продольным магаитостатическнм полем;

- разработана теория усилителей и генераторов нового типа - гаротоиоз;

- обнаружена бсспорогсвая генерация Ецп-водн на прямолинейном РЭП;

изучены факторы, приводящие к снижению эффективности пенйотронного механизма взаимодействия.

Апробация результатов диссертации.

Результаты диссертации обсуждались на

- 3 Всесоюзной научной конференции по высокочастотной электронике СВЧ. Минск, 20 сентября 1983г..

- 5 Всесоюзном семинаре но высокочастотной электронике, Новосибирск, б мая 1987г.

- б Всесоюзном семинаре по высокочастотной электронике, Свердловск, б мая 1987г.

- Всесоюзной школе - семинаре "Физика и применение микроволи". МГУ, 22 мая 1991г.

- Всесоюзной школе - семинаре "Физика и применение микроволн". МГУ, 7 июня 1993г.

- Научно-технической конференции "Современные проблемы радиотехники, электроники и связи". Минск, 4-5 мая 1995г.

Опублтоваппость результатов

По теме диссертации опубликовано 27 статей, 8 тезисов докладов на научных конференциях, 8 отчетов по Х/Д и ГБ НИР, получено 1 авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит нз введения, общей характеристики работы, обзора литературы,' семи глав п формулировки основных выводов. Она изложена на 209 страницах основного машинописного текста, содержит 96 страниц рисунков, 20 страниц таблиц и список литературы из 182 наименований «а 13 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В разделе: обзор литературы и выбор направлен™ исследований дан очерк основных этапов в развитии исследований по решению проблемы псвышеая эффективности различных механизмов взаимодействия ЭП с-ЭМВ, лежащих в основе работы электровакуумных приборов СВЧ. Выявлены нерешенные проблемы и обоснована необходимость решения поставленных задач. -

В первой глазе разработана удобная для расчетов математическая модель и пакет программ анализа и оптимиващш параметров нерегулярной ЛБВ типа О с учетом ряда факторов: поля пространственного заряда, расслоения ЭП, возбуждения волны на удвоенной частоте, распределенные потери вдоль облаете взаимодействия. Эта модель специализирована для предложенного к обоснованного эффективного физического метода нахождения оптимального упра&ления фазировкой электронного сгустка в приборах типа О - метода синхронного электрона.

Суть этого метода в том, что закон оптимального управления групировкой и передачей кинетической . энергии. электронов синхронной гармонике усиливаемой волны (в частности, закон г>^(г)) находится из условия поддержания заданого сдвига фазы относительно узла еолны О < ¿(х) < л / 2 некоторого модельного (синхронного) электрона, возле которого происходит группировка электронов ЭП. Модельный электрон помещается вначале на малом расстоянии от узла возбуждаемого «поля и затем движется иод действием тормозящего поля волны вблизи центра группирования. Показано, что задание простейшего закона £(г) 53 д0 + <5; г2 сводит решение задачи оптимального управления к задаче нахождения минимума функции 2х переменных и Установлено, что для найденных-режимов с КПД до 80% эти величины находятся в диапазоне 0.05 < ё0 < 0.5, 3} £ 0.180 и начальное приближение д0 = 0.1, <5^ — О дает результат, близкий к оптимальному.

С помощью математического моделирования на ЭВМ проведены исследования режимов работы оптимизированных по КПД ЛБВ-О.

Установлено, что' оптимальный закон Уф(г), обеспечивающий как условия захвата электронов, так и последующего отбора от них энершн, имеет характерный, объяснимый с точки зрения физических процессов в ЛБВ-О, профиль: на начальном участке Уф (г) монотонно повышается (от

синхронного значения \>ф — уе), обеспечивая синхронизм модельного электрона с возбуждаемой волной, а как следствие, равенство скорости

электронного сгустка и "горячей" фазовой скорости (в максимуме \>ф может

существенно превосходить начальный уровень). После прохождения максимума Уф начинается синхронный отбор энергии сгруппированных

электронов.

При малых ¿0 реализуется автофазный режим отбора (режим "длинной" ЛЕВ), при котором захваченные электромагнитной волной электроны имеют фазовые колебания относительно узла поля бегущей волны. Вследствии того, что создаются условия несимметрии, регулируемые и <3/, электроны в процессе колебаний дольше находятся в тормозящей фазе волны, и постепенно отдают энергию, при этом <5^ -»0. Если процесс происходит плавно на достаточно протяженном участке и при отсутствии потерь в ЗС, электронный КПД 'в таком режиме в принципе может приближаться к 100%. В наших расчетах получен КПД 85%, при этом ограничивалась длина области взаимодействия, а так же отбрасывались варианты, в которых появлялись заторможенные до нуля ("обратные") электроны, чем обусловлено ограничение расчетного КПД.

При увеличении <50 автофазный режим постепенно вырождается в режим "короткой" ЛБВ, при котором сразу после достижения высокой степени группировки электронный сгусток переводится в максимум тормозящей фазы поля и отдает энергию на коротком выходном участке. Управление переводом иустка в тормозящую фазу осуществляется увеличением § к концу области взаимодействия за счет выбора 8/ => 0.530. Без учета затухания в режиме короткой ЛБВ был достигнут расчетный электронный КПД до 75%. При этом отбрасывались варианты, в которых появлялись "обратные" электроны, чем и объясняется ограничение расчетного КПД.

При плавном увеличении 80 и оптимальном выборе параметров

(амплитуда сигнала Л(1, длина области взаимодействия Ь, параметр усиления В) получается целый класс оптимизированных по КПД ЛБВ, в которых реализуется промежуточный между автофазным и монотонным режим отбора энергии с КПД более 75%. Такое вырождение. снимается, если учесть распределенное затухание вдоль ЗС. В этом случае автофазный режим становится неэфективным из-за возрастания потерь с ростом Ь. Имеется один оптимум КПД, достигаемый при некоторых значениях 80, А0, е, Ь, зависящих от параметра затухания.

Анализ полученных оптимальных вариантов ЛБВ-0 показал, что амплитудная характеристика после режима насыщения имеет достаточно протяженное плато, на котором ЛБВ работает как ограничитель сигнала. В

режиме максимального КПД' коэффициент усиления невысок (25-30Д6). При Л «10см. и учете омических потерь полоса частот достигает 40% при уровне электродного КПД 60%. Выполнен анализ влияния возбуждаемой второй гармоники в оптимизированной изохронной ЛБВ-О. Обнаружено, что процесс взаимодействия электронного потока с полем волны на удвоенной частоте носит асинхронный характер и, как следствие этого приводит и колебаниям электронного КПД. Прв правильном выборе закона Уф (г) (с помощью варьирования 30 и 8¡) удается получить такие режимы, при которых амплитуда второй гармоники, значительная в середине лампы, практически равна нулю в конце и, следовательно, в выходном сигнале она отсутствует. • ' Анализ влияния расслоения электронного пучка был выполнен на примере релятивистского черепковского усилителя, в котором трубчатый РЭП проходит вблизи замедляющей цилиндрической гребенки. В этом случае замедленная волна имеет существенную радиальную неоднородность. Выполнено сравнение усилителя с регулярной и нерегулярной фебенкоп, . имеющей оптимальный профиль глубины канавки. Получено, что из-за эффекта расслоения оптимальный КПД снижается на 13%: с 68 до 55% (для регулярной ЛБВ при те* же условиях снижение КПД происходит с 35 до 30%). Выяснено, что наиболее критична ЛБВ-0 к начальному разбросу скоростей по слояг.! РЭП. Так, разброс скоростей в 5% приводит к уменьшению вдвое КПД регулярной и на 20% нерегулярной ЛБВ-О. .

При выполнении расчетов релятивистской ЛБВ-О было обнаружено несовпадение электроного и волнового КПД. Физическое объяснение наблюдаемого "дефекта" КПД было получено в результате решения модельной задачи о. взаимодействии ансамбля движущихся друг за другом вдоль оси г со скоростью, близкой к скорости света, заряженных одноименно точечных частиц. Для моделирования их взаимодействия получены уравнения движения на основе функции Лагранжа с точностью до членов старого порядка по у/с. Выделено выражение для составляющей силы , ППЗ, содержащее два члена: один не зависящий от ускорения, который обычно используется для расчета ППЗ в приборах типа О, второй - зависящий от ускорения частиц. В результате моделирования процесса группирования такого ансамбля частиц было показано, что в расчетах реальных приборов, составляющую силы ППЗ, зависящую от ускорршы, учитывать нет необходимости. Установлено, что "дефект" КПД в ЛБВ-О объясняется невзаимностью энергии взаимодействия электронов при релятивистских скоростях частиц, что приводит к естественному ограничению КПД релятивистских приборов О-типа.

- и -

Во агорой главе предложена математическая модель и разработан пакет программ расчета и оптимизации режимов работы оротрона с нерегулярной дифракционной решеткой на основе метода синхронного электрона. С помощью этого метода получены технически реализуемые законы изменения фазовой скорости 1»д(г), обеспечивающие максимальный КПД более 80%.

Анализ полученных вариантов позволяет выявить ряд особенностей работы оротрона в оптимальных режимах. Ввиду того, что в оротроне большая часть энергии электромагаитного поля запасается в объемных пространственных модах открытого резонатора, эффект погонного затухания играет незначительную роль и поэтому наиболее эффективным, в отличие от ЛБВ-О, здесь оказывается автофазный режим. Так как распределение амплитуды рабочей гармоники ВЧ поля в оротройе определяется формой открытого резонатора и в расчетах считается заданной, характерный оптимальный профиль \>ф(г) имеет вил монотонно убывающей кривой. На

начальном участке убывание должно быть очень медленным, чтобы обеспечить оптимальные условия захвата и группировки электронов, затем темп убывания возрастает по мере торможения отдающих энергию в процессе колебаний возле узла поля электронов сгустка. При реализации« этих условий параметр метода синхронного электрона близок к нулю. При увелггчении длины области взаимодействия уменьшается величина КПД монотонно нарастает и в пределе стремится к 100%. При фиксированной длине имеется оптимальное значение <5$, при котором достигается максимум КПД.

Показано, что КПД' оротрона можно значительно увеличить, если обеспечить предварительную группировку электронного потоха. Оптимальный режим оротрона допускает значительный (4-7%) энергетический разброс электронов пучка на входе без существеного уменьшения КПД. Расчеты йоказалн, что в широком диапазоне напряжений электронннопо пучка (0.05<р<0.9) обеспечивается уровень КПД до 80%, режим самовозбуждения генератора является мягким.

В третьей главе разработана методика расчета и оптимизации параметров нерегулярной ЛБВ на ЦСР. Суть ее в том, что для подбора амплитуд и фаз напряжений на зазорах цепочки связанных резонаторов, обеспечивающих условия группировки и эффективного отбора энергии, используется модифицированный для дискретного взаимодействия метод синхронного электрона. Подбор относительных фаз ВЧ колебаний в зазорах определяется из условия постоянства относительной фазы 8{г) — Зд + модельного электрона. Амплитуды ВЧ колебаний при этом подбираются из

уравнения, аналошчнош уравнению возбуждешш спиральной ЛБВ-О, в котором вводится параметр А^, определяющий темп нарзстания амплитуды в

зависимости от величины гармоники тока в пучке. Распределение ВЧ поля в зазоре рассчитывается методом сеток.

Замедляющая система представляется цепочкой четырехполюсников с . сосредоточенными параметрами. Получен алгоритм нахождения параметров четырехполюсников, обеспечивающих, при найденных из решения задачи электроники комплексных амплитудах и выделенных ВЧ мощностях на зазорах, условия согласования ячеек в "горячем" режиме, предотвращающие "обратный" поток мощности.

На основе предложенных моделей разработан пакет программ аналнза и оптимизации параметров ЛБВ-О на ЦСР. Были выполнены расчеты конкретных ЛБВ с 10-30 резонаторами. Показано, что в оптимальной ЛБВ достижим КПД 78%. Похазаио, что режим, полученный методом синхронного электрона, обеспечивает монотонное, почти линейное нарастапие уровня группировки, при этом первая половина резонаторов настроена на режим оптимальной группировки. Картины фазовых траекторий и нарастания амплитуды характерны для обычной "короткой" спиральной ЛБВ. Получены таблицы значений параметров четырехполюсников. Их анализ показывает, что обеспечивается суммирование мощностей, выделяемых на зазорах и последовательное усиление сигнала.

В четвертой главе разработана теория ЛБВ-О со спирализованным электронным потоком, в которой управление фазировкой электронного сгустка в замедленной симметричной Е0] или вращающейся Ец-штв осуществляется за счет профилирования фокусирующего осесимметрнчного магнитного поля. Разработаны одномерная и 1рехмерные модели такой лампы, специализированные для нахождения оптимального профиля магнитного поля с помощью модифицированного метода синхронного электрона. На основе этих моделей создан пакет программ анализа и оптимизации режимов работа таких приборов.

Анализ расчитанных вариантов ЛБВ-О с симметричной Е^ -волной показал, что полученные оптимальные варианты имеют следующие особенности. В оптимальных режимах наблюдается выполнение условия синхронизма Уф — Уег на входе в область взаимодействия. Характерный

оптимальный профиль магнитного поля Г (г) имеет вначале участок нарастания, на котором за счет преобразования продольной составляющей скорости электронов в поперечную обеспечивается синхронизм средней продольной скорости электронов с уменьшающейся в процессе возбуждения

ВЧ поля фазовой скоростью "горячей" волны. В результате на довольно протяженном участке создаются условия оптнмалыюй группировки. После прохождения максимального значения магнитное поле уменьшается, обеспечивая за счет обратного преобразования поперечной составляющей скорости в. продольную поддержание синхронизма захваченных волной электронов сгустка. При этом осуществляется изофазный механизм отбора. В идеале, максимальный КПД достигается при полной перекачке поперечной энергии пучка в энергию волны (продольная составляющая скорости не изменяется), однако из-за возрастания радиуса пучка при уменьшении магнитного поля, конечная величина радиуса ЗС налагает естественное ограничение. В такой ЛБВ при Л. «10см. без учета омических потерь достигнут расчетный КПД 80% и фактически воспроизведен режим, полученный за счет профилирования фазовой скорости.

Для проверки адекватности одномерной модели была разработана трехмерная модель такой ЛБВ с симметричной Е01 -волной (без учета ППЗ). Расчеты доказали полное качественное совпадение результатов, полученных по обеим моделям.

При использовании в такой ЛБВ несимметричной Ец-волны, расчетный КПД на основе полной трехмерной модели как в режиме нормального, так и аномального эффекта Доплера, не превосходит 15%. Это противоречит полученным другими авторами высоким оценкам КПД (до 90%), полученным на основе одномерной модели. При выяснении этого противоречия было показано, что допущения о несущественном влиянии поперечных составляющих ВЧ-поля, .которые приняты в одномерной модели ЛБВ с Ец-всшной неправомерны. Показано, что ЛБВ с Ец-волной неперспективна с точки зрения профилирования магнитною поля управляющего процессом взаимодействия. '

В пятой главе разработана математическая модель и пакет программ анализа и оптимизации параметров релятивистского клистрона с поперечной модуляцией скорости, а также клистрона со спиральным РЭП. Создана приближенная аналитическая теория группирования поперечно промодулированного РЭП в неоднородном магнитном поле. На основе математического моделирования выяснены особенности процессов группирования и отбора энергии в клистроне с поперечной модуляцией -удвоителе частоты.

Сравнительная характеристика процессов модуляции РЭП с напряжением £/0=1Мв показала, что поперечная модуляция в резонаторе с Ец0 модой в 3.7 раза эффективнее, чем продольная в резонаторе с Ее/0

модой при одинаковой амплитуде сигнала. Это позволяет для такого РЭП уменьшить тепловые потери при переходе к поперечной модуляции в 2браз. Показано, что клистрон-удвонтель с поперечной модуляцией существенно превосходит по величине. коэффициента усиления, КПД, а также имеет меньшие габариты, чем пролетный клйстрон-удвоитель, Показано, что при группировке в монотонно нарастающем магнитном поле из-за того, что радиусы различных по фазам электронов разделяются частично ослабляется разгруппирующее влияние ППЗ н поэтому достигаются большие уровни группировки при одинаковых амплитудах модуляции.

В результате анализа рассчитанных вариантов было выявлено, что наиболее перспективной является конструкция, состоящая из двухкаскадного модулятора поперечной составляющей скорости, области дрейфа с нарастающим участком магнитного иоля и последующей секцией продольно группирующих резонаторов, аналогичных применяемым в обычном клистроне и отбирающего резонатора, причем непосредственно перед ним магнитное поле должно быть снижено, чтобы преобразовать часть поперечной составляющей скорости в продольную.

Получены оптимальные варианты 5-ти и 6-ти каскадных клистронов -удвоигелей с ¿У^=Шв и КПД 53% и 60%. Сравнение с обычным пролетным клистроном (не удвоителем) показало, что при тех же выходных КПД длина клистрона с поперечной модуляцией - удвоителя частоты в 1.6 раза меньше, коэффициент усиления иа 1 Щб выше.

С шестой главе разработана теория гиротонов - усилителей и генераторов на прямолинейном вначале РЭП, взаимодействующим после круговой развертки при условии циклотронного резонанса с вращающимися полями в каскадно расположенных соосных резонаторах. Созданы математические модели и пакет программ анализа и оптимизации параметров таких приборов.

Прототипом .гиротонов является гарокон. Были исследованы рхемы пгроконов с продольным магнитным полем. Предложенная схема шрокона позволяет избавиться от рапа громоздких и труднореализуемых конструктивных решении классического гирокона (системы отклонения и выравнивания пучка). Показано, что при использовании правильно подобранного профиля неоднородного магнитного поля, создаваемою неоднородным соленоидом вдоль всего пути следования РЭП удается решить две проблемы: обеспечить оптимальный разворот РЭП перед входом в резонатор отбнрателя и его сопровождение при прохождении узких щелей резонатора отбнрателя. Показано, что в такой схеме эффект разворота РЭП ВЧ-магнитным полем отбнрателя является полезным из-за обеспечения иа

входе аксиальной составляющей скорости при отсутствия радиальном, а результате чгго для тонкою РЭП достигается КПД близкий к 100%. На основе детального моделирования выявлены конструктивные особенности таких схем и , предложены перспективные варианты гарокона с трехкаскадным модулятором и двухкаскадным отбирателем, имеющего КПД 85%, коэффициент усиления 49ДБ при 1/0=Шв и Л «30см.

В отличие от гирокон'а, в гиротоне отбор энерлш осуществляется в протяженных резонаторах при условии шрорезонанса с попутной компонентой вращающейся моды резонатора. Это позволяет значительно понизить амплитуду в отбирателе и, как следствие, повысить рабочую частоту. Были выяснены условия оптимального отбора энерга при взаимодействии поперечно промодулированного РЭП с различными типами мод резонаторов (Т^, Нщ, Е}ц, Нщ + Ец0). Показано, что наилучшие показатели (максимальный КПД при минимальной величине входного питч-фактора) достигаются при использовании отбирателя с гибридной Нш + Е]¡о модой. Проведено детальное исследование процесса модуляции н разворота РЭП до заданного значения питч-фактора в каскадном модуляторе с участком монотонно нарастающего магнитного поля при ограничении на мощность сигнала, а также на диаметр отверстий резонаторов. Полученные результаты, а также таблицы различных вариантов модуляторов и отбнрателей, позволяют синтезировать и предсказывать выходные характеристики перспективных конструкций гиротонов усилителей. Выполнен анализ критичности различных вариантов гаротонных усилителей по отношеншо к толщине РЭП и разбросу начальных скоростей электронов. Обнаружено, что увеличение каскадов модулятора до 3-х способствует снижению критичности к толщине РЭП благодаря компенсации эффекта расслоения пучка при модуляции. Предложено перспективное схемное решение, позволяющее улучшить эффективность гиротонов: схема с секционированным отбирателем, в котором вначале отбирается энергия поперечной составляющей скорости, затем оставшаяся продольная.

Изучены процессы генерации вращающихся ЭМП на прямолинейном РЭП; сопровождаемым продольным магнитным полем и предложены перспективные варианты тротонов-генераторов. Выполнено моделирование процесса генерации интерферирующих Г00;-волн с оптимальным сдвигом фаз прямой и встречной волн в резонаторе Фабри-Перо с импедансными зеркалами. Обнаружена возможность излучения при однонаправленном вращении электромагнитных волн и электронов в продольном магнитном поле и создании на этой основе устройств круговой развертки в

генерируемых Г00( полях при положительном направлении вектора индукции магнитного поля и положительных КПД в модуляторе. Показано также, что при противоположном направлении вектора индукциии и скорости РЭП возможна генерация с КПД до 100% для идеализированного тонкого пучка.

Детальное исследование режимов генерации Ещ и Нщ мод цилиндрического резонатора показало, что использование Еу^ моды перспективно для генератора. Пороговые эффекты (в отлпчие от Нщ моды) отсутствуют, рабочая напряженность поля достаточно низка, зоны генерации в области больших КГЩ некритичны. Анализ особенностей генерации вращающихся мод цилиндрических резонаторов позволяет предложить несколько перспективных вариантов конструкций одно и двух-каскадного тротона-генератора, обеспечивающего КПД более 90% при малой критичности к толщине РЭП в диапазоне Я > 15см. Показана возможность создания П1 ротона - усилителя на одном резонаторе с гибридной Нщ + Ец0 модой, в котором сигнал возбуждает Ецд моду, а отбор энергии РЭП осуществляется через Нщ моду.

В седьмом главе предложена полная математическая модель процессов взаимодействия в пениотроне на основе неусредненных трехмерных уравнений с учетом ППЗ. Получено условие пениотронного синхронизма при учете ППЗ. Разработан пакет программ расчета и оптимизации параметров пениотронных усилителей н генераторов с различными электродинамическими системами. Проведенные детальные исследования оптимальных режимов пениоторонного механизма взаимодействия позволили выявить основные особенности перспективных конструкций пенитрона.

Результаты расчетов и оптимизации релятивистского и слаборелятивистского гладкостенного пениотрона на быстрой Нпт-волне показали относительно невысокие КПД (до. 35%). Обнаружено, что в зависимости от величины фазовой скорости механизм передачи энергии волне принципиально изменяется: при малых Рф^ 1-2 уменьшается в

основном продольная составляющая скорости РЭП, при больших

наоборот, продольная составляющая скорости остается неизменной, а уменьшается ее поперечная составляющая. Показано, что оптимальный режим достигается при небольшой отстройке от точного синхронизма и в этом случае существует значительное энергетическое _ расхождение электронов различных фаз.

Одним нз основных фактов, ограничивающих эффективность гладкостенного усилителя на быстрой волне, является малость сопротивления

связи электронного потока с ВЧ полем из-за ограничения, налагаемого условием пениотронного синхронизма на радиус электронных орбит. Это ограничение может быть снято при использовании' замедленной волны. Однако расчеты пениотрона на замедленной вращающейся Епт- волне гребенчатого волновода показали его относительную неэффективность (КПД даже в кинематическом приближении не превышает 28%, а при учете ППЗ -лишь 12%).

Наиболее перспективной является конструкция пениоторна с электродинамической системой, имеющей азимутально-периодическую структуру магнетронного типа. Использование таких структур позволяет приблизить электронные орбиты в область интенсивного ВЧ-поля. Особый интерес представляют такие структуры волновода, в которых возможно распространение Т -волн. Следует указать, что во всех работах по . пениотрону рассматривались односвязные в поперечном сечении электродинамические системы, в которых Т-волны существовать не могут, хотя для расчета полей в них обычно использовалить уравнения для Т-волн. В данной работе вводится в рассмотрение многосвязная электродинамическая система, естественная для пениотрона. В результате расчетов были выявлены оптимальные соотношения для геометрии такой системы. Проведено детальное моделирование оптимальных режимов в широком диапазоне скоростей электронного потока для п=4,6,8 (п - азимутальный индекс волны). В кинематическом. приближении расчетный КПД такого пениотрона достигает 90%. ■ Впервые получены картины изменения конфигурации поперечного сечения пучка вдоль прибора. В результате группирования электронов, сечение ЭП, вначале представляющее окружность, трасформируется в правильный п-угольник, а затем получается картина, похожая на вращающиеся "спицы" в магнетроне. Такая картина взаимодействия указывает на то,что поперечная составляющая ППЗ должна оказывать существенное влияние, хотя в большинстве работ утверждалось обратное и силы ППЗ в расчетах не учитывались. Моделирование процессов взаимодействия в пеииотроне показало, что учет ППЗ приводит в оптимальных режимах к снижению КПД на 20-25%, а с увеличением тока пучка (выше оптимального) КПД постепенно снижается. Этот факт, согласуется с последними результатами экспериментов [125]. Выполнено детальное исследование процесса взаимодействия при учете ППЗ и получены таблицы параметров оптимальных вариантов пениотрона.

В пениотроне-генераторе, который обычно реализуется в экспериментальных макетах, возможно циклотронное взаимодействие электронов со встречной парциальной волной, роль которого до сих пор не

была ясна. С целью изучения эффекта взаимодействия со встречной волной были проведены расчеты и выполнено сравнение пениотрона-генератора при учете только попутной волны (как это делается в большинстве работ) и с полным полем вблизи резонанса с встречной составляющей поля. Как показали расчеты, учет взаимодействия со встречной волной вблизи резонанса приводит к существенному книжению КПД (практически до нуля при точном резонансе с встречной волной). Оказывается, однако, что и достаточно далеко от резонанса понижение КПД оказывается существенным. Причины такого снижения КПД заключаются в том, что происходит расфазировка электронов под действием встречной составляющей поля и их значительный энергетический разброс. Усредненные характеристикн приобретают колебательный характер. Полученные результаты указывают на относительную неэффективность пениотрона-генератора по' сравнению с пениотроном-усшштелем, ще встречная волна относительно мала.

ВЫВОДЫ

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Созданный на основе разработанных математических моделей и предложенных новых эффективных методов пакет программ моделирования и оптимизации процессов взаимодействия ЭП с ЭМВ, лежащих в основе работы ЭВП по своим возможностям представляет эффективный инструмент для решения проблемы повышения КПД этих приборов.

2. Решение проблемы повышения эффективности О-тига механизма взаимодействия ЭП с замедленной ЭМВ за счет оптимального закона распределенного управления механизмом фазировкн с помощью изменения \'ф(1), а также выявленные закономерности найденных оптимальных его

режимов, позволяет указать пути повышения в 1.5-2 раза КПД приборов, получивших в настоящее время наибольшее распространение в технике СВЧ: ЛБВ-О, оротрон, ЛБВ на ЦСР, а также предложить принципиально новый прибор - ЛБВ со спиральным ЭП и профилированным магнитным полем.

3. Обнаруженный и исследованный в работе новый физический эффект -"дефект КПД в релятивистской ЛБВ-О за счет несимметрии энерпш взаимодействия электронов в сгустке" указывает на естественное ограничение КПД релятивистских приборов, в которых используется О-механизм групирования электронов.

4. Предложенный механизм поперечной модуляции в релятивистском клистроне, разработанная теория поперечной модуляции и последующего группирования поперечно-модулированного РЭП в области дрейфа с

18. Сиипцын A.K. Предельные режимы процесса взаимодействия электронного пучка с полем в зазоре клистронного резонатора. Радиотехника н электроника, 1986, N2, с.416.

19. Кураев A.A., Парамонов Б.М., Синицын А.К. Приборы с поперечной модуляцией. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение. микроволн", МГУ, 1991, 22-27 мая, часть 2, с.120.

20. Дикун Т.Ф., Кураев A.A., Парамонов Б.М., Синицын А.К. Гирокон с продольным магнитным полем // Радиотехника и электроника, 1983, t.28,N8,C.1624.

21. Дикун Т.Ф., Кураев A.A., Сшшцын А.К., Яцкевнч A.B. Усилители на РЭП с машитостатическим преобразователем. Тезисы.докладов X Всесоюзной научной конференции "Электроника СВЧ", г.Минск,1983.

22. Дикун Т.Ф., Красько С.А., Кураев A.A., Синицын А.К. Исследование оптимальных по КПД усилителей на релятивистских электронных потоках с однородным магнитным полем // Радиотехника п электроника, 1984,т.29, N2,c.293.

23. Кураев A.A., Синицын А.К. Каскадные усилители на РЭП с вращающимися электромагнитными полямн. Тезисы докладов 39 Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио, М:, "Радио и связь", 1984, часть 1, с.120.

24. Кураев A.A., Синицын А.К. Каскадные усилители на релятивистских электронных потоках с >лага птостатическим преобразователем И Радиотехника и электроника. 1985, т.30. N9,с.1794.

25. Кураев A.A., Синицын А.К. Нелинейное взаимодействие релятивистского электронного потока с вращающимся Ец,¡-полем цилиндрического резонатора // Радиотехника и электроника, 1987, т.32, N8, с.1686.

26. Кураев A.A., Синицын А.К. ГиротОн: оптимальные по КПД режимы работы // ДАН БССР, 1988, т.32, N8, с.710.

27. Кураев A.A., Синицын А.К. Энергетические характеристики тротона с комбинированным типом Ецо+Нцп колебаний в отбиратела// Радиотехника и электроника, 1989,t.34,N8,c.1776.

28. Днкун Т.Ф., Кураев A.A., Парамонов Б.М., Синицын А.К. Гиротон: модификации усилителей и генераторов // Радиотехника и электроника, 1992, т.37, N7, с. 1248.

29. Дикун Т.Ф., Кураев A.A., Синицын A.A. Развертка и излучение релятивистских электронных потоков в интерферирующих вращающихся Т- ~ волнах II ДАН БССР, 1991, т.35, N8, с.686.

30. Кураев A.A., Парамонов Б.М., Сииицын A.K. О некоторых модификациях приборов релятивистской СВЧ электроники // Радиотехника и электроника, 1992, Т.37, N2, с.316.

31. Кураев A.A., Парамонов Б.М., Синнцын А.К. Некоторые перспективные схемы СВЧ электронных приборов'// Радиотехника и электроника, 1991, т.Зб, N5.

32. Кураев A.A., Матвеенко В.В., Синицын А.К. Гпротоны - генераторы // Радиотехника и электроника 1994,т.39, N11, с.1819.

33. Кураев A.A., Матеееико В.В., Синицын А.К. Пениотрон бегущей волны I! Радиотехника и электроника. 1993. т.38, N5, с.916.

34. Кураев A.A., Матвеенко В.В., Синицын А.К. Влияние циклотронного взаимодействия электронного потока со встречной волной в резонансных пениотронах // Радиотехника и электроника. 1994, t.39,N10,c.1661.

35. Кураев A.A., Парамонов Б.М., Синицын А.К, Влияние поля пространственного заряда на процесс взаимодействия в пеннотроне // Радиотехника и электроника. 1995, t.40,N1, с.102.

36. Кураев A.A., Кураев H.A..Парамонов Б.М., Синицын А.К. Исследование ЛЕВ с. вращающейся Ej; -волной и профилированным магнитным полем на основе трехмерной модели // Радиотехника и электроника. 1995, t.40.N9,

с.1428.

37. Отчет НИР. Шифр "Ракурс" mm.N 17с, БГУИР 1985.

38. Отчет НИР. Шифр "Ракурс-2" инв.ТЧ 361с, БГУИР, 1987.

39. Отчет НИР Шифр "Ракурс-2" iihb.N 67с, БГУИР, 1988.

40. Отчет НИР Шифр "Рзкурс-З" uhb.N 479с,БГУИР, 1989.

41. "Разработать математические модели и программы расчета ЛБВ-О с неоднородной ЗС, обеспечивающей оптимальный КПД" Шифр "Штиф", х./д. 91-1083. Отчет НИР. БГУИР, 1991.

42. "Разработать математические модели и Методы оптимизации параметров электронных приборов и устройств" ГВЦ 92-3037. Отчет НИР 1992.

43. "Моделирование и оптимизация нелинейных процессов взаимодействия в мощных электронных приборах СВЧ". ГБЦ 93-3015 Отчет НИР. 1993.

44. "Методы математического моделирования и оптимизации нелинейных процессов взаимодействия мощных электронных потоков с электромагнитными полями" ГБЦ 94-3015 N госрегистрации 19942792. Отчет НИР. 1994.

РЕЗЮМЕ СИНИЦЫН Анатолий Константинович

"Оптимизация процессов взаимодействия электронных потоков с

электромагнитными волнами в услителях и генераторах типа О и приборах с поперечной модуляцией"

Ключевые слова: сверхвысокие частоты' (СВЧ), электромагнитные волны, электронный поток, лампа бегущей волны (ЛБВ), оротрон, клистрон, гирокон, тротон, пениотрон.

На основе численного моделирования и оптимизации на ЭВМ выполнено широкое исследование и поиск оптимальных по КПД режимов взаимодействия электронных потоков с электромагнитными волнами, которые реализуются в ряде перспективных услителей и генераторов СВЧ. Разработаны эфективные методы и пакеты программ. Обнаружены новые физические аффекты: - "дефект" КПД в релятивистской ЛБВ, беспороговая генерация вращающейся Е]ц- волны на прямолинейном релятивистском электронном потоке. Получены: оптимальный профиль холодной фазовой скорости в ЛБВ, оротроне с нерегулярной замедляющей системой, оптимальный профиль фокусирующего магнитного поля в ЛБВ-О со спиральным электронным потоком, оптимальные параметры ЛБВ на ЦСР. Разработаны - теория клистрона с поперечной модуляцией - удвоителя частоты, - теория усилителей новсго типа - гиротонов, исследованы факторы, приводящие к снижению эффективности пениотронного механизма. Результаты работы значительно дополняют и развивают представления о физических явлениях и предельных КПД в рассматриваемых приборах СВЧ, открывают новые возможности в создании усилителей и генераторов для промышленных установок.

SUMMARY

SINITSYN Anatoliy Konstantinovich

Electron beam-electromagnetic waves interaction processes optimization in the O-type amplifiers and oscillators and in ones with transverse modulation.

Key words: microwave frequencies (SHF), electromagnetic waves, electron beam, travelling wave tube (TWT), orotron, klystron, girocon, giroton, peniotron.

In terms of simulation and optimization on an electronic computer the extensive reseach and search, of optimal efficiences electron beams -electromagnetic waves interaction conditions, that is implement in a number of amplifiers and oscilators SHF is performed. It is worked out the efficient metods and computer programs. It is detected a new physical effects: -"defect" efficiences in the reJativistic TWT, self-excited oscillation of the rotateble Em -.wave on the rectilinear relativistic electron beam. It is obtained: the optimal profile of the cold phase velocity in the TWT and orotron with anregular slow -wave structure, the optimal profile of the focusing magnetic field in the TWT with the spiral electron begm, TWT on the chain resonators optimal parameters. It is worked out: the klystron with transverse modulation - frequency' doubler theory, the new type amplifiers girotons theory. The factors limiting maximum achievable efficiences peniotron mechanism is invesigated. Results of this work complete and develop the representation about physical effects avd achievable cfficiencps in consideration thermionic microwave tubes, discover a new possibility in creation amplifiers and oscillators for commercial plants.

РЭЗЮМЭ

С1ШЦЫН Анатолш Канстаншнав1ч

Антьмнзацыя працэсау узамадзеяння электроных патокау з электрамагн1тным1 хвалям! у узмацнщелях \ генератарах тына О I прыборах з папярэчнай мадуляныяй.

Клшчавыя словы: звышвысоюя частоты (ЗВЧ), электрамагштныя хвал1, электронны паток, лямпа бягучай xвaлi (ЛБХ), аратрон, клютрон, пракон, пратон, яешятрон.

На падставе мадэл1равання 1 аптьапзацыы на ЭВМ выканана шырокае даследаванне 1 пошук аптымальных па КПД рэжымау узаемадзеяния электронных патокау з электрамагштным'1 хваляш, як!я рэалвуюцца у шэрагу перспектыуных узмацняльшкау < генератарау ЗВЧ. Распрацаваны эфектыуныя метады 1 пакеты праграм. Выяулены новыя фЫчныя эфекты: - "дэфект" КПД у рэлятыв)скай ЛБХ, бяспарогавая генерацыя вярчальнай Ещ - хвал1 на прамалшейным рэлятьшсюм электронным патоку. Атрыманы: - аптымальны профиль халоднай фазавай хуткаст! у ЛБХ, аратроне з нерэгулярнай затрымляючай астэмай, аптымальны профшь факусуючага магштнага поля у ЛБХ са спиральным электронным патокам, аптымальныя параметры ЛБХ на ланцуге звязанных рэзанатарау. Распрацаваны; - тэорыя клистрона з папярэчнай мадуляцыяй - удващеля частаты, тэорыя узмацняльнкау новага тыпу - пратонау. Даследаваны фактары, якая прыводзяць да зшжэння эфектыунасш пешятроннага механпму. Вынш працы значна дапауняюць 1 разв1ваюць уяуленш аб фшчных эфектах 1 найбсшьшых КПД у разплядаемых прыборах ЗВЧ, адкрываюць новыя магчымасш у распрацоуцы узмацняльшкау 1 генератарау для прамысловых установак.