СИНТЕЗ ЦЕПОЧКИ СВЯЗАННЫХ НЕИДЕНТИЧНЫХ РЕЗОНАТОРОВ ПО ЗАДАННОМУ ЗАКОНУ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗОВОЙ СКОРОСТИ ВОЛНЫ

February 19, 2013 by admin Комментировать »

Накрап И. А., Савин А. Н. Саратовский государственный университет ул. Московская, д.155, г. Саратов, 410012, Россия тел.: +79276269677, e-mail: savinan@info.sgu.ru

Аннотация – Предложен алгоритм синтеза геометрических параметров цепочки связанных неидентичных резонаторов ([ДСНР) по заданным электродинамическим характеристикам, основанный на использовании регрессионных моделей эквивалентных параметров и эффективного метода поиска глобального экстремума при наличии явных и неявных ограничений. Приведены результаты синтеза ЦСНР с двумя скачками фазовой скорости волны.

I.                                       Введение

Оптимизация КПД ЛБВ О-типа путём изменения фазовой скорости волны по длине замедляющей системы ставит задачу определения геометрических параметров (синтеза) системы с неидентичными ячейками. В большинстве работ предлагается последовательный синтез каждого резонатора нерегулярной ЗС (см., например, [1, 2]), параметры которого определяются по параметрам соответствующей цепочки идентичных резонаторов. В работе [1] синтез ЦСНР проводится по аналитическим соотношениям, связывающим параметры эквивалентной схемы и размеры ячеек. В [2] изменение периода отдельного резонатора определяется для заданной фазовой скорости с использованием программ основанных на трёхмерных электромагнитных кодах.

В докладе представлен метод оперативного определения геометрических параметров ЦСНР по заданным величине сопротивления связи и закону изменения фазовой скорости волны по длине системы. Алгоритм синтеза основан на использовании регрессионных моделей эквивалентных параметров ячеек ЦСНР [3] и эффективного метода поиска глобального экстремума при наличии явных и неявных ограничений [4].

II.                              Основная часть

Основные положения эквивалентного представления ЦСНР с трубками дрейфа и повёрнутыми на 180° щелями связи даны в работе [5] по методу расчёта её электродинамических характеристик (ЭДХ).

Эквивалентные параметры отдельных резонаторов ЦСНР определялись из ЭДХ (дисперсия, сопротивление связи) цепочек связанных идентичных резонаторов (ЦСР), составленных из соответствующих ячеек. Эда ЗС определялись по их математическим моделям, представляющим собой некоторые функции размеров ячеек ЦСР [3]. Для повышения точности расчёта характеристик ЦСР при построении моделей использовался регрессионный анализ данных многофакторного планируемого эксперимента по определению её дисперсионных характеристик (ДХ) в резонаторной и щелевой полосах пропускания.

При синтезе размеров ячеек ЦСНР минимизировалась целевая функция, представляющая собой сумму квадратов отклонений рассчитываемых по регрессионным моделям значений длин волн на дискретных фазовых сдвигах в резонаторной и щелевой полосах пропускания, а также сопротивления связи рабочей гармоники резонаторной полосы от соответствующих заданных значений.

Допустимые диапазоны изменения геометрических параметров ячеек – явные ограничения – формировались при задании периода ЗС с учётом границ изменения размеров, заданных при разработке регрессионных моделей [3]. Для обеспечения технологической и конструктивной реализуемости получаемой конфигурации использовались соответствующие неявные ограничения.

Поиск глобального минимума целевой функции осуществлялся с применением модифицированного комплексного метода условной оптимизации Бокса [4].

Предложенная методика была применена для синтеза геометрических параметров ЦСНР с двумя скачками фазовой скорости по длине системы. Закон изменения фазовой скорости приведён на рис. 1.

Оптимизация размеров отдельных участков ЗС проводилась по заданным дисперсионным зависимо

Рис. 1. Изменение фазовой скорости по длине ЦСНР.

Fig. 1. Phase velocity variations in a CCNR

СТЯМ при условии равенства фазовых сдвигов на ячейку каждой секции при фиксированных длинах волн в основной полосе пропускания. Требуемые значения фазовой скорости рабочей пространственной гармоники обеспечивались вариацией периода – L и отношения зазора к периоду – d/L. Соответствующие размеры синтезированной ЦСНР приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Table 1.

№ секции

Число ячеек

L

d/L

1

16

17.8

0.275

II

11

17.28

0.271

III

10

16.85

0.267

Расчётные и экспериментальные ДХ секций с идентичными ячейками синтезированной ЦСНР практически совпадают с заданным законом изменения фазовой скорости (результаты приведены на рис. 2 и рис. 3, соответственно).

Теоретические и экспериментальные исследования характеристик согласования, а также распределение амплитуды и фазы поля по длине синтезированной ЦСНР позволили оценить влияние полей, возбуждаемых в области скачкообразного изменения её размеров.

III.                                  Заключение

— заданные, -о- – расчёт.

Fig. 2. Dispersion characteristics of CCNR sections. — set, -o- – calculated

Предложенный метод позволяет оперативно и с высокой точностью определять размеры цепочки связанных неидентичных резонаторов по заданным электродинамическим характеристикам и, соответственно, может использоваться при проектировании СВЧ приборов.

IV.                           Список литературы

[^] Аксенчик А. В., Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ с дискретным взаимодействием (теория и оптимизация). – Минск: Вестпринт, 2003. – 376 с.

[2]  J. D. Wilson, «Design of high-efficiency wide-bandwidth cou- pled-cavity traveling-wave tube phase velocity tapers with simulated annealing algorithms,» IEEE Trans. Electron Devices. Vol. 48, pp. 95-100, Jan. 2001.

[3]  Накрап И. A., Савин A. H., Шараевский Ю. П. Моделирование широкополосных замедляющих систем типа цепочки связанных резонаторов с использованием планируемого эксперимента // РЭ. 2006. Т. 51. № 3. С. 316-323.

[4]  Савин А. Н., Шараевский Ю. П., Тимофеева Н. Е. Модификация комплексного метода условной оптимизации Бокса для определения размеров замедляющих систем по заданным электродинамическим характеристикам // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: Материалы 15-ой Междун. Крымской конф. (КрыМиКо2005). – Украина. Севастополь: Вебер, 2005. – С. 779-780.

[5]  Накрап И. А., Савин А. Н., Шараевский Ю. П. и др. Метод расчёта электродинамических характеристик замедляющей системы типа цепочки связанных неидентичных резонаторов на основе регрессионных моделей её эквивалентных параметров // Радиотехника и связь: Материалы Междун. н.-т. конф. – Саратов: СГТУ, 2005. -С. 155-161.

SYNTHESIS OF А COUPLED NON-IDENTICAL CAVITY CHAIN ACCORDING TO THE SET VARIATION OF WAVE PHASE VELOCITY

Nakrap I. A., Savin A. N.

Saratov State University 155 Moskovskaya Str, Saratov, 410012, Russia Ph.: +79276269677, e-mail: savinan@info.sgu.ru

Fig. 3. Dispersion characteristics of CCNR sections. — set, -o- – experimental

Abstract – A synthesis algorithm for geometrical parameters of a coupled non-identical cavity chain (CCNC) according to the set electrodynamic characteristics is suggested. The synthesis is based on regression models of equivalent parameters and on an efficient method of finding a global extremum in the presence of explicit and implicit restrictions. Results of the CCNC synthesis involving two wave phase velocity jumps are presented.

I.                                         Introduction

The optimization of the 0-type TWT efficiency by varying a wave phase velocity according to the length of a slow-wave structure (SWS) imposes a problem of defining geometrical parameters (i. e. synthesis) of a system with non-identical cells. In most works a consecutive synthesis is suggested for each cavity in an irregular SWS (e. g., in [1, 2]) whose parameters are defined according to those of a corresponding chain of identical cavities.

Puc. 3. ДХ секций ЦСНР.

— заданные, -о- – эксперимент.

This report puts forward a technique for routine definition of the CCNC geometrical parameters according to the set values of coupling resistance and the law of wave phase velocity variations along the system. The synthesis algorithm is based on regression models of equivalent parameters of the CCNC cells [3] and on an efficient method of finding a global extremum in the presence of explicit and implicit restrictions [4].

II.                                       Main Part

The fundamentals of the CCNC equivalent representation involving drift tubes and coupling slots rotated by 180° are given in

[5]  based on a method of calculating its electrodynamic characteristics (EDCs).

Equivalent parameters of individual CCNC cavities were defined according to the EDCs (dispersion, coupling resistance) of coupled identical cavity chains (CCCs) made of corresponding cells. The SWS EDCs were defined using their mathematical models representing certain functions of the CCC cell dimensions

[3]   . During the synthesis of the CCNC cell dimensions, the objective function was minimized representing the sum of squared deviations calculated according to regression models of wavelength values and coupling resistance in discrete phase shifts against the set values.

The suggested technique has been applied to synthesize geometrical parameters of a CCNC with two phase velocity jumps along the system (Fig. 1). The required values of the working spatial harmonic phase velocity were provided by varying the period L and the gap-to-period ratio d/L. The respective dimensions of the synthesized CCNC are presented in Table 1. Calculated and experimental dispersion characteristics of sections with identical cells in the synthesized CCNC virtually coincided with the set law of phase velocity variations (results are shown in Fig. 2 and Fig.

3    respectively).

Theoretical and experimental investigation into matching characteristics, as well as into field amplitude and phase distribution along the synthesized CCNC have allowed for the influence of the fields excited in the area of jump variation in its dimensions to be estimated.

III.                                      Conclusion

The suggested technique allows for routine and highly accurate assessment of the coupled non-identical cavity chain dimensions according to the set electrodynamic characteristics and, accordingly, for application in the design of microwave devices.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г.   

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты