Моделювання хвильових процесів у електродинамічних системах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла

Zhurba V.O. Modeling of wave processes in electrodynamic systems of amplifier on Smith-Parsell effect. – Manuscript. Thesis for a candidate of physics and mathematics sciences degree, by specialty 01.04.01 – physics of devices, elements and systems. – Sumy State University, Sumy, 2009. Main aims of dissertation are theoretical and experimental investigation of electrodynamic behavior, and detection of general physical mechanism of the wave processes in nonregular quasi-optical waveguide-dielectric structures of amplifier on Smit-Parsell effect. Developed theoretical model of amplifier on Smit-Parsell effect allows to obtain and to analyze general transcendental dispersion equation that takes into account influence of longitudinal and transversal electronic waves on amplifier quantities. Peculiarities of electrodynamic parameters of the open waveguides with flat and cylindrical mirrors configurations, and dielectrical or periodical metaldielectrical layers within are studied and tested. Ability for diffraction loss reduction in open waveguide with quadratic mirrors correction verified within using framework. With using methods of numeral modeling and experimental design, it is shown that planar metal-dielectric structures can be applied in diffraction electronic devices making through integral composing. Basing on proved ability of direct and backward waves selection in open waveguide, it was proposed a new type of quasi-optical directional smoother with output parameters (transit attenuation – 3-10 dB, directivity – 30 dB) better than in similar devices on coupled dielectric waveguides. Keywords: directional smoother, open waveguide, dielectric waveguide, diffraction grating, diffraction radiation, Cherenkov radiation, metal-dielectric structure, electron beam.Дисертація присвячена теоретичному й експериментальному дослідженню загальних фізичних закономірностей хвильових процесів у нерегулярних квазіоптичних хвилеводно-діелектричних структурах підсилювача на ефекті Сміта-Парселла.На підставі літературного огляду проаналізовано сучасний рівень розвитку нерегулярних квазіоптичних систем, які застосовуються в електроніці і техніці міліметрових і субміліметрових діапазонів хвиль. Представлена структурна схема класифікації таких систем. Стисло викладені чисельні та експериментальні методи моделювання електромагнітних полів у нерегулярних квазіоптичних системах пристроїв міліметрового і субміліметрового діапазонів, описана методика вимірювань та схеми експериментальних установок. Для моделі підсилювача на ефекті Сміта-Парселла отримано і проаналізовано загальне трансцендентне дисперсійне рівняння, що враховує вплив поздовжніх і поперечних електронних хвиль на його електродинамічні характеристики; вивчено особливості відкритих хвилеводів із дзеркалами плоскої та циліндричної конфігурацій за наявності в їх об’ємі діелектричного або періодичного металодіелектричного шару; показана можливість значного зменшення дифракційних втрат у відкритому хвилеводі з квадратичною корекцією дзеркал. Методами чисельного аналізу й експериментального моделювання встановлено, що планарні металодіелектричні структури можуть бути використані при створенні приладів дифракційної електроніки в інтегральному виконанні. Показана можливість селекції прямої і зворотної хвиль у відкритому хвилеводі з дифракційно-зв’язаними джерелами випромінювання, на основі чого запропоновано новий тип квазіоптичного спрямованого відгалужувача, який своїми вихідними параметрами (перехідне ослаблення – 3 ÷10 дБ, спрямованість – 30 дБ) перевершує аналогічні пристрої на зв’язаних діелектричних хвилеводах. // Русск. версия: Диссертация посвящена исследованию общих физических закономерностей волновых процессов в пространственно-развитых квазиоптических волноводно-диэлектрических структурах, а также выработке на этой основе практических рекомендаций по созданию усилителей на эффекте Смита-Парселла и улучшению их выходных параметров. На основании литературного обзора проанализирован современный уровень развития нерегулярных квазиоптических систем, которые применяются в электронике и технике миллиметровых и субмиллиметровых диапазонов волн. Представлена структурная схема классификации таких систем. Кратко изложены численные и экспериментальные методы моделирования электромагнитных полей в нерегулярных квазиоптических системах устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, описана методика измерений и схемы экспериментальных установок. Путем учета влияния фокусирующего магнитного поля на электронно- волновые процессы развита линейная самосогласованная теория модели усилителя на эффекте Смита-Парселла, получено и проанализировано общее трансцендентное дисперсионное уравнение, учитывающее влияние продольных и поперечных электронных волн на характеристики усилителя. Проведен теоретический анализ особенностей влияния параметров электродинамической системы усилителя на электронно-волновые процессы, и на основании этого показано, что при изменении расстояния между решеткой и металлическим зеркалом происходит изменение углов излучения и фазовой скорости волны, т.е. путем выбора параметров периодической структуры, в частности ее периода, можно реализовать режимы как объемных, так и поверхностных волн. Установлено, что введение диэлектрического слоя между электронным потоком и металлическим экраном приводит к появлению дополнительных волн, распространяющихся в открытом волноводе, изменению их фазовых скоростей и углов излучения. Изучены общие физические закономерности волновых процессов в различных модификациях нерегулярных квазиоптических систем. Установлены общие свойства влияния геометрических параметров системы и фазовой коррекции зеркал открытого волновода на пространственные и волноводные характеристики при наличии двух дифракционно-связанных источников излучения. Показано, что с точки зрения реализации режима квазибегущей волны более перспективными являются открытые волноводы, образованные двумя цилиндрическими зеркалами. В результате численного анализа и экспериментального моделирования установлена возможность значительного уменьшения дифракционных потерь в открытом волноводе с квадратичной коррекцией зеркал. Показано, что планарные металлодиэлектрические структуры могут быть использованы при создании приборов дифракционной электроники в интегральном исполнении. На основании качественного анализа электронно-волнового механизма взаимодействия электронного потока с дифрагированным полем показана возможность усиления электромагнитных волн на эффекте Смита-Парселла и предложены варианты реализации таких устройств. Методом экспериментального моделирования исследованы электро- динамические характеристики открытых волноводов различных модификаций. Установлена возможность управления волновыми процессами путем изменения толщины диэлектрического слоя и параметров ленточной дифракционной решетки, помещенных в объем волновода. Результаты исследования таких систем указывают на возможность селекции прямой и обратной волн в открытом волноводе, на основании чего предложен и исследован перестраиваемый квазиоптический направленный ответвитель на дифракционно-связанных линиях передачи, который по своим параметрам превосходит аналогичные устройства на связанных диэлектрических волноводах. На основании полученных теоретических и экспериментальных результатов выработаны практические рекомендации по созданию и оптимизации электродинамических систем усилителя на эффекте Смита- Парселла, а также предложены новые функциональные устройства техники миллиметровых и субмиллиметровых волн. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/62

Моделирование волновых процессов в электродинамических системах уселителя на эффекте Смита-Парселла

Несмотря на успешное применение твердотельных усилителей и генераторов в электронике миллиметровых и субмиллиметровых (МСМ) волн, электровакуумные приборы широко используются при решении актуальных задач экспериментальной физики, астрономии, исследовании природных ресурсов, радиолокации, в коммуникационных системах и медицине [1-3]. Возрастающие требования к параметрам электровакуумных генераторов и усилителей электромагнитных колебаний стимулировали поиск новых конструктивно-технологических решений и механизмов преобразования энергии электронного потока (ЭП) в энергию электромагнитного поля. Так, например, наряду с развитием классических приборов типа лампа обратной волны (ЛОВ), лампа бегущей волны (ЛБВ). При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/1587

Автоматизація випарювання в цукробуряковому виробництві

Основним показником цукробурякової промисловості є концентра ція цукру в розчині соку, що досягається випарюванням та видаленням води з розчину. Випарювання за умови атмосферного тиску або вакууму, мають різні характеристики

Автоматизація випарювання в цукробуряковому виробництві

Основним показником цукробурякової промисловості є концентра ція цукру в розчині соку, що досягається випарюванням та видаленням води з розчину. Випарювання за умови атмосферного тиску або вакууму, мають різні характеристики

Модернізація електронної системи управління промислової вентиляції

Метою даної роботи є модернізація системи управління припливно-витяжної вентиляції за рахунок застосування мікроконтролера. Завдяки використанню в регуляторі закону ПІД-регулювання досягається найбільша точність підтримки температури припливного повітря в системі, що дозволяє гнучко налаштовувати прилад для роботи в різних режимах

Оптимізація режиму спільної послідовної роботи газоперекачувальних агрегатів

У ході роботи було проведено дослідження особливостей режимів спільної послідовної роботи газоперекачувальних агрегатів та основних варіантів існуючих технологічних схем компресорних цехів

Автоматичне керування сонячною панеллю

Існує безліч різних сонячних панелей та методів їх використання. Але запропонована установка дає можливість значно ефективніше використовувати сонячні батареї, а саме автоматичне керування самою батареєю так, щоб вона, як можна більше, виробляла електроенергії

Контроль стану лабораторної установки через мережу Інтернет

В роботі розглянута лабораторна установка, система керування якої побудована на базі Arduino та необхідних давачів та виконавчих пристроїв. Існує необхідність дистанційного контролю стану установки

Оптимізація процесів на підприємствах промисловості з допомогою OPC–системи

В ході роботи був реалізований OPC-клієнт, який отримує дані від ОРС-сервера для подальшої обробки і передає до нього команди управління. Для його роботи встановлюється ще одна робоча станція, або використовується вже наявна

Оптимізація процесів на підприємствах промисловості з допомогою OPC–системи

В ході роботи був реалізований OPC-клієнт, який отримує дані від ОРС-сервера для подальшої обробки і передає до нього команди управління. Для його роботи встановлюється ще одна робоча станція, або використовується вже наявна