Тема: ЗАВИСИМОСТЬ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ В НЕЛИНЕЙНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ С НАСЫЩЕННЫМ ФЕРРИТОМ ОТ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И РАЗМЕРОВ ЛИНИИ

В последнее время возрос интерес к сильноточным генератором СВЧ излучения. В диапазоне мощного микроволнового излучения (более 1 МВт), доминируют вакуумные релятивистские приборы, использующие электронные пучки: лампы обратной волны (ЛОВ), лампы бегущей волны (ЛБВ) и т.д. Этот класс СВЧ приборов необходим для нужд радиолокации, а также исследований в области электромагнитной совместимости в ВЧ, СВЧ и рентгеновском диапазоне длин волн.
Так как вышепредставленные приборы работают на основе сильноточных диодов эмитирующих пучки релятивистских, заряженных частиц и на взаимодействии электромагнитной волны с различными замедляющими системами в волноводах, в целях достижения черенковского синхронизма (метод усиления интенсивности электромагнитной волны, путем откачки кинетической энергии электронов, движущихся в замедляющих фазах пространственных гармоник волны, непосредственно самой электромагнитной волне), для работы приборов такого типа требуется вакуум достижение которого зачастую является трудоёмкой задачей, также работе этих устройств сопутствует рентгеновское излучение, ионизирующая способность которого является опасной для органической материи, в частности для человека. Представлялось интересным создание альтернативных приборов, без участия этих элементов. Такой альтернативой (в частотном диапазоне от сотен МГц и вплоть до нескольких ГГц, при пиковой мощности, достигающей сотен МВт) могут являться нелинейные передающие линии. Нелинейные передающие линии могут быть созданы на основе различных нелинейных сосредоточенных или распределенных параметров. На сегодняшний день наибольшую мощность и эффективность показывают линии с ферритовым заполнением.
Исторически интерес к получению мощного СВЧ излучения таким способом возник на основе фундаментальных теоретических исследований электромагнитных ударных волн . Основной феноменологической моделью, описывающей магнитодинамические процессы в ферритах, в первую очередь затухающую прецессию вектора намагниченности, стала модель Ландау-Лифшица. Наиболее эксплуатируемым методом как в данной области, так и в подавляющем большинстве других задач численного моделирования электродинамики в микроволновом диапазоне, стал FDTD-метод (метод конечных разностей во временной области). Создание мощных импульсных высоковольтных генераторов, которые являются первоисточником высоковольтных видеоимпульсов в трансформаторах типа нелинейной передающей линии, является задачей мощной импульсной техники и не будет затрагиваться в данной работе.
На сегодняшний день для процесса генерации колебаний в линиях такого рода нет полноценной теории, которая могла бы в полной мере предсказать результаты экспериментальных данных. Разработка различных численных и аналитических моделей является активно развивающимся направлением фундаментальных и прикладных исследований в области генерации мощных импульсов микроволнового излучения в нелинейных линиях с ферритовым заполнением. Ряд прикладных задач, связанных с оптимизацией параметров, влияющих на форму, частоту и амплитуду генерируемого радиоимпульса, путем комбинации различных физических характеристик, таких как величина внешнего магнитного поля, форма и амплитуда входного видеоимпульса, физические свойства самого феррита, а также таких параметров, как различные конфигурации и размеры линии и ферритового заполнения, являются крайне актуальными вопросами в рамках как численного моделирования, так и получения новых экспериментальных данных в прикладных целях. В частности, одной из важнейших характеристик радиоимпульса является частота колебаний. Ряд экспериментальных данных показывает, что в отношении определения частоты радиоимпульса из полевых и геометрических характеристик линии, развитые на данный момент аналитические построения имеют слабую предсказательную силу. В связи с этим, актуальной прикладной и фундаментальной задачей является выявление физического механизма, ответственного за связь частоты с геометрическими характеристиками линии, полем падающего видеоимпульса и внешним магнитным полем. Путем численного решения уравнений Максвелла и уравнения Ландау-Лифшица этот механизм может быть выявлен.

Купить

В ходе работы было проведено численное моделирование процесса генерации мощного высокочастотного излучения на основе нелинейной передающей линии с насыщенным ферритом, с целью выявления зависимости частоты и эффективности колебаний от поперечных размеров нелинейной передающей линии и от азимутального магнитного поля. Моделирование проводилось по средствам решения уравнений Максвелла и феноменологического уравнения Ландау-Лифшица FDTD-методом, реализованным в коде KARAT. В результате моделирования были получены зависимости частоты и эффективности от коэффициента ферритового заполнения в трёх различающихся поперечными размерами коаксиалах, а также зависимость частоты колебаний от азимутального магнитного поля. В трёх коаксиалах, для которых проводилось моделирование, можно выявить 2 характерные области по величине коэффициента ферритового заполнения х, в области х < 0-5 с ростом ферритового заполнения растет эффективность, но уменьшается частота колебаний, в области X > 0-5 наблюдается обратная тенденция, увеличение х ведет к спаду эффективности и увеличению частоты.
Купить