год издания — 1990, кол-во страниц — 392, ISBN — 5-343-00630-2, тираж — 1600, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 520 гр., издательство — Наука и техника. Минск

цена: 499.00 руб

Сохранность книги — хорошая

Р е ц е н з е н т ы:
д-р ф.-м. н. В. М. Дашенков
д-р т. н. М. А. Фурсаев

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская №1. Печать высокая

Книга посвящена современным методам оптимального проектирования электронных приборов СВЧ—ЛБВ, клистронов, гирорезонансных приборов, приборов на релятивистских электронных потоках, магнетронных генераторов и усилителей с катодом в пространстве взаимодействия. Изложены основы математического обеспечения САПР приборов СВЧ: математические модели процессов взаимодействия различной сложности для перечисленных приборов, эффективные вычислительные процедуры, вариационно-итерационные методы ускоренного решения задач оптимального управления процессами взаимодействия, алгоритмы минимизации функций, основы вычислительного эксперимента.

Рассчитана на научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов, специализирующихся в области электроники, радиофизики, прикладной математики и информатики.

Табл. 24. Ил. 140. Библиогр.: 278 назв.

В настоящее время интерес к электровакуумным приборам СВЧ, особенно большой мощности, неуклонно возрастает. Во всём мире увеличивается их производство, расширяются исследовательские и конструкторские работы, направленные на создание электровакуумных приборов СВЧ повышенной мощности с улучшенными выходными параметрами (КПД, коэффициент усиления, полоса, чистота спектра и т. д.). С одной стороны, возросший интерес к этим приборам связан с тем, что стала очевидной монополия электровакуумных приборов СВЧ в области больших мощностей. С другой стороны, он вызван тем, что появились (и появляются) новые широкие области применения мощных приборов: в технологических процессах (промышленный нагрев и обработка материалов), биофизических и медицинских исследованиях, термоядерной энергетике, системах передачи энергии по радиолучу.

Новые области использования требуют дальнейшего улучшения тех или иных выходных параметров приборов. Например, в системах передачи энергии по радиолучу нецелесообразно применять приборы с КПД, меньшим 80%. Развитие техники в традиционных областях использования электровакуумных приборов (радиолокация, радионавигация, связь, ускорители) также требует существенного улучшения их параметров. При этом не исключается и такой радикальный путь, как использование новых механизмов генерации и усиления электромагнитных волн электронными потоками, в частности релятивистскими электронными потоками (РЭП), мощность которых достигает десятков гигаватт.

Современное состояние и развитие вакуумной электроники СВЧ требует новых подходов к исследованию и оптимизации процессов взаимодействия электронных потоков с электромагнитными полями в электронных приборах СВЧ. Это относится прежде всего к организации расчёта параметров приборов на ЭВМ, привлечению методов численного эксперимента для поиска новых эффективных механизмов взаимодействия. При численном моделировании процессов взаимодействия очевидным необходимым условием является обеспечение достоверности модели в исследуемой области параметров. А это требует использования современных математических методов при формулировке модели, современных вычислительных методов при организации расчётов, проверочных соотношений типа законов сохранения, позволяющих контролировать точность расчётов.

Оптимизация характеристик приборов делает необходимым применение эффективных поисковых методов, обеспечивающих сходимость поисковой процедуры за минимальное число итераций. Последнее требование весьма существенно, если учесть, что полная, т. е. обеспечивающая достоверность расчётов, математическая модель процесса взаимодействия в электронных приборах оказывается весьма сложной, и, следовательно, требует значительных затрат машинного времени. В этом отношении перспективным представляется привлечение к решению задач оптимизации характеристик электронных приборов теории и методов оптимального управления, методов планирования эксперимента. Взаимопроникновение идей различных областей науки, как правило, оказывается весьма плодотворным.

Таким образом, на современном уровне развития электроники СВЧ больших мощностей при разработке математической базы систем автоматизации проектирования электронных приборов СВЧ необходимы создание строгих математических моделей электронных приборов различных типов, разработка эффективных методов оптимизации на основе методов оптимального управления, формулировка законов сохранения, широкое использование методов численного эксперимента. Естественно, результатом такого подхода к решению задач электроники СВЧ должны быть более глубокое изучение нелинейных процессов в электровакуумных приборах СВЧ большой мощности, в частности особенностей оптимальных процессов, оценка предельных значений выходных параметров приборов различных типов и, наконец, выработка рекомендаций по выбору оптимальных параметров конструкции конкретных приборов СВЧ. Решению перечисленных проблем и посвящена эта книга. Она не претендует на исчерпывающее изложение всех вопросов. Содержание книги ограничено тематикой работ, опубликованных авторами в разные годы. Гл. 1—6 написаны А. А. Кураевым, гл. 7—10 — В. Б. Байбуриным, гл. 11—14 — Е. М. Ильиным.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предисловие	3

Г л а в а 1. Итерационные методы решения задач оптимального управления процессами взаимодействия электронных потоков с электромагнитными волнами	5.
1.1. Математическая формулировка задачи оптимального управления процессом взаимодействия (6). 1.2. Аппроксимация управлений (9). 1.3. Вспомогательный функционал I и его первая вариация (10). 1.4. Определение составляющих градиента целевой функции (12). 1.5. Вычисление составляющих градиента целевой функции в случае переменной структуры уравнений состояния (13). 1.6. Определение градиента целевой функции при неявной форме уравнения состояния динамической системы (16). 1.7. АУС-метод построения оптимального управления (19). 1.8. Определение производных второго порядка от целевой функции с помощью сопряжённых уравнений (20). 1.9. Алгоритмы поиска экстремумов функций многих переменных (22). 1.10. Сравнение эффективности различных методов минимизации (28). 1.11. Введение ограничений и дополнительных условий в поисковую процедуру (31). 1.12. Проблема поиска глобального минимума целевой функции (35)
Г л а в а 2. Интегралы движения электрона в электромагнитных полях	38
2.1. Уравнения движения электрона в форме Лагранжа (39). 2.2. Поступательная (трансляционная) симметрия (40). 2.3. Азимутальная симметрия (43). 2.4. Вращающиеся поля (45). 2.5. Бегущие в направлении z волны (48). 2.6. Две формы релятивистского уравнения движения электрона (51)
Г л а в а 3. Лампы с бегущей волной типа O	56
3.1. Устройство и принцип действия ЛБВ-O (56). 3.2. Уравнения возбуждения нерегулярных замедляющих систем (59). 3.3. Спиральная замедляющая система (62). 3.4. Система нелинейных уравнений состояния ЛБВ-O в одномерном приближении (64). 3.5. Оптимизированные по КПД ЛБВ-O с нерегулярной замедляющей системой (68). 3.6. Полосовые характеристики оптимизированных ЛБВ-O (76). 3.7. Влияние распределённых потерь в замедляющей системе оптимизированных вариантов (77). 3.8. Физические закономерности оптимальных по КПД процессов взаимодействия в ЛБВ-O (79)
Г л а в а 4. Многорезонаторные пролётные клистроны	86
4.1. Устройство и принцип действия пролётного клистрона (86). 4.2. Двумерные нелинейные уравнения состояния для пролётных клистронов (90). 4.3. Одномерная нелинейная релятивистская модель процесса взаимодействия в многорезонаторном клистроне (97). 4.4. Численно-аналитическая модель для слабонелинейных каскадов МРК (98). 4.5. Оптимизированные по КПД слаборелятивистские многорезонаторные клистроны (101). 4.6. Оптимизированные по КПД многорезонаторные клистроны с повышенным ускоряющим, напряжением пучка (108). 4J. Восьмирезонаторные оптимизированные по КПД релятивистские клистроны (111)
Г л а в а 5. Гирорезонансные приборы	115
5.1. Конструкции и принцип действия гирорезонансных приборов (115). 5.2. Возбуждение продольно-нерегулярных волноводов с круглым сечением (122). 5.3. Усреднённые уравнения движения электрона в электромагнитном поле нерегулярного волновода (128). 5.4. Влияние квазистатической части поля пространственного заряда на процесс группирования в гирорезонансных усилителях с рабочим типом волн H₁₁ (132). 5.5. Самосогласованная система уравнений для рабочих волн H₀₁ и H₁₁ в случае слабонерегулярного волновода (140). 5.6. Сравнительные характеристики гиро-ЛБВ с рабочими типами волн круглого волновода H₁₁ и H₀₁ (НЗ). 5.7. Пениотрон с рабочим типом волн H_nm (147)
Г л а в а 6. Генераторы и усилители на релятивистских электронных потоках с вращающимися электромагнитными полями	154
6.1. Принцип действия и схемы приборов на РЭП с вращающимися электромагнитными полями (154). 6.2. Математические модели процессов взаимодействия РЭП с вращающимися электромагнитными полями (159). 6.3. Гирокон с продольным магнитным полем (162). 6.4. Нелинейное излучение и преобразование дрейфовой энергии релятивистских электронных потоков в сильных вращающихся электромагнитных полях (173). 6.5. Гиротоны (179). 6.6. Усилители на прямолинейных РЭП с периодическим магнитным полем в модуляторе (183). 6.7. Некоторые перспективные типы усилителей и генераторов на РЭП (185)
Г л а в а 7. Состояние, тенденции и проблемы развития магнетронных СВЧ систем	190
7.1. Состояние и тенденции развития мощных ЭВП СВЧ (190). 7.2. Нелинейные искажения сигналов. Побочное излучение в ЭВП СВЧ (194). 7.3. Научные и прикладные проблемы развития магнетронных СВЧ систем (197)
Г л а в а 8. Приближённые модели мощных приборов М-типа, близкие к самосогласованным	209
8.1. Приближённая квазисамосогласованная модель многорезонаторного магнетрона (209). 8.2. Приближённая квазисамосогласованная модель амплитронного усилителя (216)
Г л а в а 9. Аналитические модели генераторов и усилителей М-типа, пригодные для диалогового проектирования	221
9.1. Аналитическая модель магнетрона (222). 9.2. Аналитическая модель амплитрона (230). 9.3. Аналитическая модель дематрона линейной конструкции (233). 9.4. Аналитическая модель дематрона цилиндрической конструкции (240). 9.5. Аналитическая модель усилителя прямой волны цилиндрической конструкции с замкнутым электронным потоком (246). 9.6. Аналитическая оценка предельных параметров магнетронных приборов (249)
Г л а в а 10. Численное моделирование и расчёт динамических характеристик систем магнетронного типа с распределённой эмиссией	253
10.1. Численная модель магнетронного усилителя дематронного типа (линейная конструкция) (257). 10.2. Численные модели усилителя прямой волны М-типа с замкнутым электронным потоком и дематрона цилиндрической конструкции (275)
Г л а в а 11. Аналитические модели магнетронных усилителей в многочастотном режиме (радиотехнический подход)	284
11.1. Магнетронный усилитель — активный нелинейный СВЧ четырёхполюсник (287). 11.2. Амплитрон — синхронизированный СВЧ автогенератор (289). 11.3. Анализ полученных соотношений. Результаты моделирования (296)
Г л а в а 12. Моделирование процессов многочастотного взаимодействия в усилителях М-типа с распределённым катодом в адиабатическом приближении	305
12.1. Квазистационарная модель магнетронного усилителя (307). 12.2. Моделирование процессов многочастотного взаимодействия в магнетронных системах методом «фундаментальной частоты» (321)
Г л а в а 13. Моделирование нелинейных процессов многочастотного магнетронного взаимодействия методом «крупных частиц»	328
13.1. Однопериодные модели магнетронных усилителей (329). 13.2. Многопериодная модель магнетронного усилителя (342)
Г л а в а 14. Экспериментально-статистическое моделирование и оптимизация характеристик магнетронных СВЧ систем	354
14.1. Статистические модели модуляционных и частотных параметров, побочного излучения и шумов ЭВП СВЧ (354). 14.2. Моделирование методом Монте-Карло характеристик СВЧ сигналов в усилительных трактах (362). 14.3. Оптимальное проектирование СВЧ систем (371). 14.4. Способы совершенствования магнетронных систем (376)
Литература	378

Книги на ту же тему

Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств (без CD), Антипенский Р. В., Фадин А. Г., 2007

elapsed time 0.018 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему