Збудження електромагнітних коливань довільного спектрального складу замкненими електронними потоками в системах зі схрещеними полями

Для підвищення коефіцієнта посилення дворядного підсилювача запропоновано використовувати одну або дві торцеві області групування, зміщені відносно області взаємодії в аксіальному напрямі. В них присутня КЕС і гладкий анод, що дозволяє потоку згрупуватися без перешкод з боку поля АЕС. Згруповані згустки дрейфують за рахунок неоднорідності магнітного поля в область взаємодії, що містить АЕС і гладкий катод, де наводять в АЕС хвилю, синхронну з полем сигналу в КЕС.

У висновках викладено основні наукові і практичні результати, одержані в дисертації. Сформульовано рекомендації щодо їх можливого застосування. Запропоновано напрями і перспективи подальшого розвитку спектрального підходу до теоретичного аналізу НВЧ-приладів.

В додатку описано методику розрахунку електродинамічних параметрів парціальних мод на основі характеристик нормальних мод ЕС.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі запропоновано та розвинуто вирішення проблеми адекватного теоретичного аналізу нестаціонарних негармонійних коливань з довільним спектром, що виникають при взаємодії сповільнених електромагнітних хвиль з просторово розподіленими замкненими електронними потоками в схрещених полях.

Для цього розроблено спектральний підхід до теоретичного аналізу коливальних процесів в НВЧ-приладах з розподіленою взаємодією. Проведені з його допомогою дослідження дозволили уточнити відомі і сформувати нові фізичні концепції механізмів нелінійної взаємодії потоків заряджених часток з негармонійними електромагнітними полями в приладах М-типу. Фундаментальний характер досліджень підтверджується виявленням невідомих раніше явищ і закономірностей взаємодії в схрещених полях, що дозволяє поліпшити параметри, розширити можливості та області застосування цих приладів. Відкрито і вивчено фізичні процеси (зокрема, нестійкості і групування електронного потоку), які не могли бути виявлені в реальних експериментах, але які створюють підвищений рівень шумів і побічних коливань в статичному і динамічному режимах приладів М-типу.

Прикладне значення досліджень полягає в розробці єдиної методології математичного моделювання негармонійних коливальних процесів, що відбуваються при взаємодії розподілених електронних потоків з електромагнітними полями. Даний підхід може знайти застосування при вивченні широкого класу подібних явищ в різних генераторних та підсилювальних системах з розподіленими параметрами (наприклад, на основі напівпровідникових середовищ). Розуміння природи побічних коливань в схрещених полях дає можливість вжити заходи по зменшенню їх негативного впливу на якість сигналу приладів М-типу.

Головні наукові і практичні результати дисертаційної роботи полягають в наступному:

1. Розроблено загальні принципи і методологію спектрального підходу до моделювання НВЧ-приладів. Дано визначення спектральної моделі. Сформульовано вимоги до нестаціонарних моделей, що лежать в основі спектрального підходу. Спектральні моделі класифіковано з точки зору методики розрахунку електромагнітного поля на декілька рівнів. Це дає можливість при аналізі спектрів коливань конкретних систем правильно вибрати необхідний для кожного випадку математичний апарат.

2. Розроблено методичну і алгоритмічну базу для спектрального аналізу часових послідовностей фізичних величин, що формуються в процесі спектрального моделювання. Встановлено, що серед параметричних методів спектрального і гармонійного оцінювання функцій найбільш придатними для цієї мети є коваріаційні авторегресійні методи і методи Проні. З'ясовано причини недостатньо надійної роботи опублікованих в літературі алгоритмів даних методів. Проведено адаптацію цих алгоритмів до особливостей часових вибірок, що утворюються при нестаціонарному моделюванні НВЧ-приладів.

3. Створено математичний апарат для побудови спектральних моделей першого та другого рівня. Виведено нестаціонарні рівняння збудження електромагнітного поля в електродинамічних системах НВЧ-приладів. Запропоновано три способи задавання ГУ на вході і виході ЕС скінченої довжини, що збуджується в режимі біжучої хвилі: імітацію узгодження, близького до ідеального; моделювання реальних вводу та виводу енергії; імітацію узгодженого навантаження.

4. Розроблено загальні принципи побудови спектральних моделей НВЧ-приладів, що ґрунтуються на методі макрочасток. Розподіл зарядів часток по вузлах мережі дискретизації і інтерполяцію полів між вузлами запропоновано здійснювати на чотиривимірній просторово-часовій мережі. Для цього створено спеціальний алгоритм, названий “поліноми зі згладжуванням” (PWS). Запропоновано адаптивний метод комплексних амплітуд, що базується на динамічному виборі базових частот в процесі моделювання, виходячи з поточного спектру збуджуючого струму. Цей метод поєднує переваги спектральних моделей першого рівня (широкосмуговість) з позитивними якостями моделей другого рівня (точність).

5. За допомогою повноформатних моделей часток з'ясовано умови виникнення власних тангенціальних коливань замкненої хмари об'ємного заряду в схрещених полях. Вивчено самогрупування потоку за наявності розподіленого вторинно-емісійного катода, підтверджено результати теоретичних робіт, що прогнозували виникнення конвективних і турбулентних нестійкостей електронного потоку в магнетронному діоді. Встановлено відмінність в швидкості розвитку коливальних процесів і спектрах наведеного струму для коливань різної природи. Оцінено ступінь впливу кожного з них на спектр електромагнітного поля в приладах М-типу. Зокрема, найбільш ймовірною причиною автоколивань в магнетронному діоді є не тангенціальні нестійкості замкненого електронного потоку в схрещених полях, як вважалося раніше, а конвективні хмари.

6. Показано, що розвинені раніше автором уявлення про три етапи перехідного процесу при збудженні коливань в магнетронних підсилювальних системах зворотної хвилі з розподіленою емісією (передгенераційний, лінійної і нелінійної взаємодії) можуть бути узагальнені також на магнетронні автогенератори. Виявлено, що між періодом самогрупування втулки (наприклад, за рахунок її власних тангенціальних коливань), з одного боку, і періодом її синхронізації полем робочої нормальної моди ЕС - з іншого, лежить період “підзбудження” власного коливання електронної хмари полем електродинамічної системи. В результаті розширення спектру вихідного сигналу на першому етапі перехідного процесу приблизно на порядок перевищує значення, які витікають з оцінки часу наростання коливань, оскільки в спектрі присутні дві частоти: частота власних коливань втулки і частота збуджуваної нормальної моди ЕС.

7. Внаслідок відмінності потенціалів синхронізму зі сповільненою електромагнітною хвилею для електронів, що рухаються на зовнішній межі втулки, з одного боку, і поблизу анода - з іншого, діапазони напруг, при яких збуджується і існує кожен нормальний вид коливань ЕС, перекриваються лише частково. Це є фізичною причиною відомого на практиці “жорсткого” режиму збудження приладів М-типу, для яких істотним є вплив об'ємного заряду, тобто електронного гістерезису.

8. Протягом перехідного процесу, що має місце при зміні робочого нормального виду коливань ЕС магнетронного автогенератора, електронний потік в приладі набуває складної конфігурації, створеної одночасною дією на нього електромагнітних полів загасаючої і наростаючої нормальних мод ЕС, амплітуди яких порівняні за величиною. В результаті спектр вихідного сигналу збагачується численними комбінаційними і інтермодуляційними складовими, розташованими в істотно ширшій смузі частот, ніж діапазон між вищезгаданими нормальними модами ЕС.

9. Серед причин підвищеного рівня шумів вихідного сигналу в динамічному режимі приладів М-типу значну роль відіграють турбулентні явища в електронних спицях. Стійкі конвективні хмари на вершинах спиць схильні до флуктуацій форми і розмірів, що змінює в часі випадковим чином густину збуджуючого конвекційного струму. Поблизу нижньої межі області робочих анодних напруг спостерігаються суттєві часові флуктуації форми всієї електронної хмари за рахунок періодичного відриву від втулки і підйому до анода транзитних конвективних хмар. Для зменшення даних явищ слід по можливості вибирати режим роботи приладу, при якому струм катода обмежується його емісійною здатністю.

10. Незважаючи на те, що спектр коливань при самозбудженні підсилювачів зворотної хвилі М-типу із замкненим електронним потоком на карматронному виді є досить вузькосмуговим, при наявності зовнішнього сигналу з потужністю, недостатньою для пригнічення цього виду, на виході приладу з'являється широка “сітка” комбінаційних складових, обумовлених нелінійною взаємодією двох хвиль в ЕС: створеної вхідним сигналом і збуджуваної електронним потоком.

11. Серед причин, що обмежують коефіцієнт посилення дворядних підсилювачів зворотної хвилі із замкненим електронним потоком, істотну роль відіграє переважна дія на електронну хмару ВЧ-поля анодної ЕС, що створює сприятливі умови для збудження різних паразитних видів коливань. З метою пригнічення цих видів і підвищення коефіцієнта посилення вказаних приладів запропоновано використовувати одну або дві торцеві області групування, в яких присутня лише катодна ЕС, а анод виконано гладким. Це дозволяє електронному потоку безперешкодно згрупуватися під дією поля вхідного сигналу. Згруповані згустки дрейфують потім в область взаємодії, де наводять в анодній ЕС складову електромагнітного поля, синхронну за частотою із вхідним сигналом.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Грицунов А.В., Козорезов Г.Г., Копоть М.А. О повышении коэффициента усиления двухрядных усилителей со скрещенными полями // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2005. - Вып. 140. - С. 82-85.

2. Грицунов А.В. О колебаниях замкнутого электронного потока в скрещенных полях // Радиоэлектроника и информатика. - 2005. - № 2. - С. 7-15.

3. Васянович А.В., Грицунов А.В., Лебедев О.Г., Чурюмов Г.И. Эволюция спектров сигналов при переходных процессах в генераторах и усилителях М-типа // Радиоэлектроника и информатика. - 2005. - № 1. - С. 22-28.

4. Грицунов А.В. О спектральном подходе к моделированию СВЧ-приборов // Радиотехника и электроника. - 2004. - Т. 49. - С. 882-885.

5. Gritsunov A.V. An Adaptive Method of Complex Amplitudes in Spectral Simulations of the Electron Devices // Telecomm. and Radio Engineering. - 2004. - V. 61. - No. 7. - P. 623-631.

6. Gritsunov A.V. Mechanisms of an Electron Stream Self-Bunching in Magnetron Guns // Вопросы атомной науки и техники. Ядерно-физ. исследования. - 2004. - № 2. - С. 150-152.

7. Чурюмов Г.И., Фролова Т.И., Грицунов А.В., Исаева Е.Б. Анализ частотных характеристик двухкаскадного магнетронного автогенератора // Вісник Сумського державного університету. Сер. Фізика, математика, механіка. - 2004. - № 10. - С. 249-254.

8. Грицунов А.В. Выбор методов спектрального оценивания временных функций при моделировании СВЧ-приборов // Радиотехника. - 2003. - № 9. - С. 25-30.

9. Vasyanovich A.V., Gritsunov A.V., Nikitenko A.N., Horunzhii M.O. General Principles of Spectral Modeling of Microwave Devices // Telecomm. and Radio Engineering. - 2003. -V. 60. - No. 1-2. - P. 88-99.

10. Васянович А.В., Грицунов А.В., Никитенко А.Н. К оценке погрешностей предположений, лежащих в основе спектральных моделей первого уровня // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2003. - Вып. 132. - С. 60-64.

11. Gritsunov A.V., Turenko L.Y. Harmonic Decomposition of an Exciting Current in Simulation of the Electron Devices // Telecomm. and Radio Engineering. - 2002. - V. 58. - No. 11-12. - P. 56-67.

12. Грицунов А.В., Чурюмов Г.И. К моделированию прохождения радиоимпульса через нелинейную структуру медленной волны // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2002. - Вып. 130. - С. 60-67.

13. Герасимов В.П., Грицунов А.В., Писаренко В.М. К моделированию граничных условий в цепочке связанных резонаторов для метода мгновенных значений // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2002. - Вып. 129. - С. 119-126.

14. Грицунов А.В. К интегрированию уравнения возбуждения замедляющей системы для метода мгновенных значений // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2002. - Вып. 127. - С. 89-94.

15. Грицунов А.В. К решению матричного уравнения возбуждения резонаторной замедляющей системы // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2002. - Вып. 125. - С. 101-105.

16. Грицунов А.В. К расчету коэффициентов матричного уравнения возбуждения резонаторной замедляющей системы // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2002. - Вып. 124. - С. 16-23.

17. Грицунов А.В., Копоть М.А., Лебедев О.Г., Фролова Т.И. О реализации метода Прони для слабо зашумленных выборок // Радиоэлектроника и информатика. - 2002. - № 4. - С. 27-32.

18. Gritsunov A.V. On Spectral Modeling of Microwave Devices // Telecomm. and Radio Engineering. - 2001. - Vol. 55. - No. 8. - P. 98-102.

19. Грицунов А.В. К выводу уравнения возбуждения периодической замедляющей системы для метода комплексных амплитуд // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2001. - Вып. 122. - С. 169-178.

20. Грицунов А.В. К выводу уравнения возбуждения цепочки связанных резонаторов для метода мгновенных значений // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2001. - Вып. 121. - С. 156-162.

21. Грицунов А.В. О сглаживании выходных параметров нестационарных моделей // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2001. - Вып. 120. - С. 119-122.

22. Грицунов А.В. Об автоматизации определения коэффициента кратности макрочастиц // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2001. - Вып. 118. - С. 102-104.

23. Васянович А.В., Грицунов А.В., Фролова Т.И., Чурюмов Г.И. Нестационарные процессы в приборах М-типа // Радиоэлектроника и информатика. - 2001. - № 1. - С. 38-41.

24. Churyumov G.I., Gerasimov V.P., Gritsunov A.V., Zakorin V.A. Prospects of Applying a Computational Experiment to the Concept and the Use of Crossed-Field Devices // Telecomm. and Radio Engineering. - 1998. - V. 52. - No. 12. - P. 39-48.

25. Грицунов А.В., Галаган А.В. Об использовании уравнения возбуждения второго порядка при моделировании автогенераторов со скрещенными полями // Радиотехника и электроника. - 1989. - Т. 34. - С. 1719-1722.

26. Галаган А.В., Грицунов А.В., Писаренко В.М. К вопросу решения уравнения возбуждения в моделях “крупных” частиц // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1989. - Вып. 90. - С. 123-126.

27. Грицунов А.В. Об использовании квазипериодического приближения при численном моделировании усилителей М-типа // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1985. - Вып. 73. - С. 119-126.

28. Грицунов А.В. Пакет прикладных программ для моделирования СВЧ-усилителей со скрещенными полями // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1985. - Вып. 72. - С. 23-31.

29. Деклараційний патент 65216 А України, МПК H01J 25/50. Коаксіальний магнетрон / М.А.Копоть, О.В.Грицунов (Україна). - № 2003065613; Заявлено 18.06.2003; Опубл. 15.03.2004, Бюл. № 3. - 2 с.

30. Деклараційний патент 58753 А України, МПК H01J 25/50. Магнетрон / М.А.Копоть, Г.І.Чурюмов, Г.Г.Козорезов, О.В.Грицунов (Україна). - № 2002107945; Заявлено 07.10.2002; Опубл. 15.08.2003, Бюл. № 8. - 2 с.

31. Деклараційний патент 47632 А України, МПК H01J 25/50. Магнетрон / М.А.Копоть, Г.І.Чурюмов, Г.Г.Козорезов, О.В.Грицунов (Україна). - № 2001053685; Заявлено 31.05.2001; Опубл. 15.07.2002, Бюл. № 7. - 2 с.

32. Грицунов А.В. Возбуждение нестационарных немонохроматических полей в направляющих электродинамических системах. Часть I. Дискретное приближение // Прикладная радиоэлектроника. - 2004. - Т. 3. - № 2. - С. 64-70.

33. Грицунов А.В. Возбуждение нестационарных немонохроматических полей в направляющих электродинамических системах. Часть II. Непрерывное приближение // Прикладная радиоэлектроника. - 2004. - Т. 3. - № 3. - С. 67-72.

34. Васянович А.В., Грицунов О.В., Копоть М.А., Мутовіна Н.В., Фролова Т.І. Моделювання динаміки часток в нестаціонарних моделях приладів зі схрещеними полями // Теоретична електротехніка. - Львів: ЛНУ ім. Івана Франка. - 2002. - Вип. 56. - С. 54-59.

35. Churyumov G.I., Frolova T.I., Gritsunov A.V., Nikitenko O.M., Zin'kovsky V.N. The Magnetrons - Electromagnetic Interference (EMI) Sources: Computer Modeling and Experimental Investigations // Proc. Int. Symp. on Electromagnetics Compatibility (EMC EUROPE 2004) - Eindhoven. - 2004. - P. 327-331.

36. Gritsunov A.V. Non-Monochromatic Fields in a Dispersive Electrodynamic Line. I. The Discrete Approximation // Proc. Fifth IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004) - Monterey, CA. - 2004. - P. 220-221.

37. Gritsunov A.V. Non-Monochromatic Fields in a Dispersive Electrodynamic Line. II. The Continuous Approximation // Proc. Fifth IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004) - Monterey, CA. - 2004. - P. 222-223.

38. Gritsunov A.V., Nikitenko O.M. Probable Sources of a Noise in Crossed-Field Devices. I. Non-Generating Tubes // Proc. Fourth IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2003) - Seoul. - 2003. - P. 246-247.

39. Gritsunov A.V., Nikitenko O.M. Probable Sources of a Noise in Crossed-Field Devices. II. Generating Tubes // Proc. Fourth IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2003) - Seoul. - 2003. - P. 248-249.

40. Gritsunov A.V. Evaluation of Vortex Fields in a Non-Linear Slow-Wave Structure. I. The Method of Instantaneous Values // Proc. Third IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2002) - Monterey, CA. - 2002. - P. 143-144.

41. Gritsunov A.V. Evaluation of Vortex Fields in a Non-Linear Slow-Wave Structure. II. The Method of Complex Amplitudes // Proc. Third IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2002) - Monterey, CA. - 2002. - P. 145-146.

42. Gritsunov A.V. The Spectral and Harmonic Analysis in Microwave Electronics // Proc. XIV Int. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications (MIKON-2002). - Vol. 1. - Gdansk. - 2002. - P. 73-76.

43. Gritsunov A.V. The Spectral Approach to Solving of EMC Problems at Microwave Tubes Simulation // Proc. 16th Int. Wroclaw Symp. and Exhibition on Electromagnetic Compatibility. - Vol. 1. - Wroclaw. - 2002. - P. 139-144.

АНОТАЦІЯ

Грицунов О.В. Збудження електромагнітних коливань довільного спектрального складу замкненими електронними потоками в системах зі схрещеними полями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 - фізична електроніка. - Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я.Усикова НАН України, Харків, 2005.

В дисертації досліджено частотні характеристики негармонійних коливань, що виникають при взаємодії сповільнених електромагнітних хвиль з замкненими розподіленими електронними потоками в схрещених полях. Розвивається новий напрям в фізичній електроніці - спектральне моделювання НВЧ-приладів, що містять електродинамічні системи та електронні потоки. Розроблено спектральні моделі таких приладів на основі методів миттєвих значень та комплексних амплітуд. Теоретичним шляхом одержано та проаналізовано спектри побічних і шумових коливань в приладах М-типу з розподіленим катодом. Встановлено причини підвищеного рівня шумів в статичному та динамічному режимах магнетронних систем і розглянуто можливі заходи по їх зниженню. Запропоновано рішення, що дозволяють підвищити коефіцієнт посилення підсилювачів М-типу.

Ключові слова: нелінійна система, перехідний процес, спектр, схрещені поля, частотний континуум, числове моделювання.

АННОТАЦИЯ

Грицунов А.В. Возбуждение электромагнитных колебаний произвольного спектрального состава замкнутыми электронными потоками в системах со скрещенными полями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.04 - физическая электроника. - Институт радиофизики и электроники им. А.Я.Усикова НАН Украины, Харьков, 2005.

В диссертации исследованы частотные характеристики негармонических колебаний, возникающих при взаимодействии замедленных электромагнитных волн с замкнутыми распределенными электронными потоками в скрещенных полях. Развивается новое направление в физической электронике - спектральное моделирование СВЧ-приборов, содержащих электродинамические системы и электронные потоки. Разработаны спектральные модели таких приборов на основе методов мгновенных значений и комплексных амплитуд. Теоретическим путем получены и проанализированы спектры побочных и шумовых колебаний в приборах М-типа с распределенным катодом. Установлены причины повышенного уровня шумов в статическом и динамическом режимах магнетронных систем и рассмотрены возможные меры по их снижению. Предложены решения, позволяющие повысить коэффициент усиления усилителей М-типа.

Ключевые слова: нелинейная система, переходный процесс, спектр, скрещенные поля, частотный континуум, численное моделирование.

ABSTRACT

Gritsunov A.V. Excitation of electromagnetic oscillations of arbitrary spectral contents by re-entrant electron beams in crossed-field systems. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.04 - physical electronics. - A.Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of NAS of Ukraine, 2005.

The dissertation contains investigation of frequency characteristics of oscillations taking a place while an interaction of an electron beam with electromagnetic waves in crossed fields. A described approach for “delay structure and electron beam” non-linear systems simulation, which may be named as spectral, is a new evolution branch of the theoretical analysis methods in the physical electronics. Its principal feature is analysis of the electron-wave interaction phenomena in a wide frequency continuum (up to the delay line passband or even several passbands of one).

The spectral approach is realized at the base of a non-stationary simulation technique. The spectrum of an input signal is transformed into the time domain and is used as a boundary condition of a transient model. The output signal, as well as other tube parameters, is transferred back into the frequency domain. Three levels of the spectral models are defined with a different methodology concerning calculation of the solenoidal RF fields. The second-order and the first-order excitation equations are derived taking into account the frequency dependencies of the RF field structures along with the electrodynamic parameters of the delay lines in concerned frequency band. The procedures for integration of the excitation equations are considered, including implicit second-order finite-difference schemes. An adaptive method of complex amplitudes is proposed for increasing of the second-level model broadbandness. The feasible procedures of spectral and harmonic estimation of output parameter time series, which are obtained while the spectral simulation of microwave devices, are chosen.

Various oscillations of a re-entrant electron beam in crossed fields nearby distributed emitting surface in the static state of the M-type devices are investigated. This is the natural oscillations of the cloud, the secondary-emission bunches, the convective clouds and the turbulences of the electron hub. Influences of these oscillations on the output signal spectra in the crossed-field devices are estimated. It is shown that the secondary-emission bunches are concerned with a non-uniform secondary-emission feeding of heterogeneous in azimuthal direction electron beam.

Time evolution of the re-entrant electron beam in crossed fields in the dynamic state of the M-type devices is explored. Three phases of a transient process during the system swinging are considered in details. A subexcitation of the natural mode of a re-entrant electron beam by the delay line RF field during the tubes starting is ascertained, that produces two harmonics with slightly different frequencies at the tube output.

Because of different synchronism conditions for the electrons at the hub outer bound and at the spokes tops, only partial overlapping of the anode voltage ranges for the magnetron system operating mode rising, on the one hand, and for the steady state, on the other one, is detected. It results in the low- and the middle-power systems current-voltage diagram hysteresis. Significant pulsations of the output signal amplitude and phase occur during the magnetron system turn-on transient. They cause the signal spectrum widening, at least by order of magnitude greater than the evaluated from the transient process duration one.

The negative influence of misfires on the magnetron output signal spectrum is confirmed, because of powerful noise pulses short-time generation at these moments. The spectral density peaks of ones are situated around the delay line normal modes eigenfrequencies.

Carmatron-like excitation of backward-wave amplifying system is investigated. If an input signal is present, but its power is not enough for the system synchronization, a non-linear interaction between the both harmonic waves with nearby frequencies (generated by the electron beam and created by the input signal) occurs. As a result, whole lattice of equidistant intermodulation components is present at the output endpoint of the delay line, which causes the EMI.

Among the causes of the M-type devices output signal enlarged noise level, convection phenomena in the electron spokes are present. Rotating soliton-like clouds in spoke tops change in size that causes temporary fluctuations of the induced current. The spoke shape fluctuations are observed also, if the system operates nearby the low bound of the anode voltages work range. They result in the output signal jitter and the output spectrum broadening.

The actions for the noise and spurious oscillation levels reduction are described. The ways for increase of the magnetron system gain and extension of the operating anode voltage range are proposed. These are applications of one or two axially shifted bunching spaces nearby the interaction space axial endpoints, which contain only the cathode delay line. Bunched in these spaces electron clouds drift into the interaction space. Thus, a condition for the electron beam bunching under the input signal influence without a disturbance from the anode delay structure RF field is ensured.

Key words: non-linear system, transient process, spectrum, crossed fields, frequency continuum, numerical simulation.

Размещено на Allbest.ru