Диссертация (1137125)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образованияНациональный «исследовательский университет«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»Московский институт электроники и математикиНа правах рукописиШАЙМАРДАНОВ РУСЛАН ВАРИСОВИЧИССЛЕДОВАНИЕ ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ТИПА«КОАКСИАЛЬНАЯ РЕБРИСТАЯ ЛИНИЯ» И РАЗРАБОТКАСВЧ УСТРОЙСТВ НА ЕЕ ОСНОВЕСпециальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ устройства и их технологииДиссертация на соискание ученойстепени кандидата технических наукНаучный руководительд.т.н., профессор Елизаров А.А.Москва – 20162ПРЕДИСЛОВИЕСовременный этап разработки перспективных СВЧ устройств связан снеобходимостьюглубокогоизученияпроцессовраспространенияэлектромагнитных волн в применяемых электродинамических структурах ииспользования новейших конструктивных решений и передовых технологий дляих создания и проектирования.Данная диссертационная работа посвящена исследованию физических иконструктивно-технологическихособенностейаксиально-симметричнойзамедляющей системы типа «коаксиальная ребристая линия» и созданию на ееоснове малогабаритных СВЧ устройств различного функционального назначениясулучшеннымиэлектрическимипараметрамиихарактеристиками.Предложенные и разработанные конструкции актуальны для применения всовременныхмикроволновыхприборах,антенно-фидерныхустройствах,биомедицинской аппаратуре.Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность д.т.н.,профессору Мозговому Ю.Н.

и к.т.н, доценту Кравченко Н.П. за поддержкуданной работы; д.т.н., профессору Кечиеву Л.Н., д.т.н., профессору НефедовуВ.Н. за полезные замечания и советы, способствующие улучшению отдельныхразделов диссертации.Отдельные слова благодарности за годы обучения и наставничества авторвыражает своему научному руководителю – д.т.н., профессору Елизарову А.А.3ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................6РАРЗДЕЛ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИРАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУКЦИЙАКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫХ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СТРУКТУРИ СВЧ УСТРОЙСТВ НА ИХ ОСНОВЕ……………………………………….….161.1 Обзор монографий по аксиально – симметричнымзамедляющим системам и СВЧ устройствам на их основе…………………….171.2 Физические и конструктивно – технологическиеособенности аксиально – симметричных замедляющихсистем и резонаторов..............................................................................................211.3 Применение аксиально-симметричных замедляющихсистем и резонаторов в электронике и антенной технике……………………...271.4 Применение аксиально – симметричных замедляющихсистем и резонаторов в качестве излучателей длямикроволновой терапии…………………………………………………………..311.4.1 Аппарат для микроволновой урологии «Ко Терм» (Швеция)…………...321.4.2 Прибор для магнитно – индуктивной урологии МАВИТ (Россия)…..….361.4.3 Аппарат для микроволновой терапии ЛУЧ -11 (Россия)………………....381.4.4 Установка для микроволновой терапии Яхта – 4 (Россия)………………391.5 Анализ методов расчета, проектирования и моделирования аксиально –симметричных замедляющих систем и СВЧ устройств на их основе……..….431.6 Выводы по разделу 1……………………………………………………………...48РАЗДЕЛ 2.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫТИПА «КОАКСИАЛЬНАЯ РЕБРИСТАЯ ЛИНИЯ»…………………………...492.1 Вывод и анализ дисперсионного уравнения…………………………………….492.1.1 Исходные соотношения…………………………………………………….492.1.2 Дисперсионное уравнение………………………………………………….522.1.3 Предельные частные случаи……………………………….……………….5342.1.4 Случай относительно высоких частот…………………………….……….542.1.5 Случай относительно низких частот………………………………………562.2 Определение волнового сопротивления…………………………........................582.3 Выводы по разделу 2……………………………………………….......................61РАЗДЕЛ 3.

АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙВОЛНЫ В ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ТИПА «МЕТАЛЛИЧЕСКИЙРЕБРИСТЫЙ СТЕРЖЕНЬ» С КОЛЬЦЕВЫМ ПОТОКОМЭЛЕКТРОНОВ……………………………………………………………………….623.1 Вывод и анализ дисперсионного уравнения…………………………………….623.1.1 Исходные соотношения…………………………………………………….623.1.2 Дисперсионное уравнение………………………………………………….633.1.3 Определение коэффициента связи…………………………........................643.2 Выводы по разделу 3……………………………………………...………………66РАЗДЕЛ 4. АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙВОЛНЫ В ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ТИПА«ДИАФРАГМИРОВАННЫЙ ВОЛНОВОД» С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМПОТОКОМЭЛЕКТРОНОВ……….…......................................................................674.1 Вывод и анализ дисперсионного уравнения…………………………………….684.1.1 Исходные соотношения…………………………………………………….684.1.2 Дисперсионное уравнение………………………………………………….694.1.3 Решение «холодного» дисперсионного уравнения……………………….704.1.4 Оценка эффективности взаимодействия…………………………………..714.2 Выводы по разделу 4……………………………………………...………………75РАЗДЕЛ 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДА ДЛЯМИКРОВОЛНОВОЙ ТЕРАПИИ НА ОСНОВЕ ОТРЕЗКАЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ТИПА«КОАКСИАЛЬНАЯ РЕБРИСТАЯЛИНИЯ»…………………………………….765.1 Физические особенности аксиально – симметричных и планарныхзамедляющих систем для создания медицинских излучателей и электродов….....775.2 Исследование электрода на основе отрезка замедляющей системы типа«ребристый стержень» в азимутально неоднородном экране...................................845.2.1 Компьютерное моделирование характеристик ребристого стержня…....8655.2.2 Компьютерное моделирование характеристик ребристого стержняв азимутально неоднородном экране с одним щелевым разрезом.……………895.2.3 Компьютерное моделирование характеристик ребристого стержняв азимутально неоднородном экране с двумя и четырьмящелевыми разрезами………………………………………...................................955.2.4 Экспериментальное исследование характеристик ребристого стержняв изотропном и азимутально неоднородном экранах…………………………1015.3 Выводы по разделу 5…………………………………………………………….108ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ……………...........110БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………...113ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………………………………1246ВВЕДЕНИЕАктуальность темыВ современных устройствах вакуумной СВЧ электроники, ускорительнойтехнике, телекоммуникациях и средствах связи, биомедицинской аппаратуреширокоиспользуютсяразличныеаксиально-симметричныепериодическиеструктуры, обладающие рядом перспективных электродинамических, тепловых иконструктивно – технологических особенностей. Одной из таких структурявляется замедляющая система типа «коаксиальная ребристая линия». Основнымиеедостоинствамиявляютсяазимутальнаяоднородностьформируемогоэлектромагнитного поля, малая дисперсия и широкополосность, с возможностьюих коррекции, а также способность рассеивать большие мощности по сравнениюсо спиральными замедляющими системами.Теоретический и практический интерес к исследованиям волновых процессовв коаксиальной ребристой линии обусловлен возможностью создания на ее основевысокоэффективных миниатюрных СВЧ узлов и модулей, отличающихся отсуществующихвысокойнадежностью,быстродействием,стабильностьюэлектрофизических параметров и характеристик, отвечающих требованиямэлектромагнитной совместимости и обладающих низкой стоимостью.Состояние вопросаФундаментальные и прикладные исследования и разработки аксиальносимметричных замедляющих систем и резонаторов проводятся в нашей стране иза рубежом, начиная с 50х годов прошлого века.

Базовыми структурами такоготипа являются диафрагмированный волновод и его модификации, достаточнохорошо изученные в настоящее время. Это позволило обеспечить их широкоеприменение в вакуумной СВЧ электронике и электронике больших мощностей – влампах с бегущей и обратной волной, гибридных приборах, генераторахдифракционного излучения, релятивистских приборах, а также ускорительнойтехнике.7Исследованиям одиночного ребристого стержня и коаксиальной ребристойлинии уделено гораздо меньше внимания, поскольку они рассматривались ииспользовались вначале как резонаторные системы, а позднее в качествеэлементов антенно – фидерных устройств, в частности, эффективных облучателейзеркальных антенн. Такие структуры обладают рядом преимуществ: осевойсимметриейдиаграммнаправленности,хорошимиполяризационнымихарактеристиками и возможностью концентрации максимальной энергии вцентральном лепестке.Еще одной областью применения аксиально-симметричных замедляющихсистем является создание на их основе эффективных излучателей длямикроволновой физиотерапии и, в частности, урологии.

Однако, в настоящеевремя и в России, и за рубежом используют электроды на основе спиральныхзамедляющих систем. Примерами могут служить микроволновые электроды,разработанные научной группой проф. Пчельникова Ю.Н. в начале 80х годовпрошлого века, а также современные излучатели «Ко Терм» шведской компании«Просталунд Оперейшн АБ». Известны также электроды зарубежных установокдля микроволновой урологии – «Prostotron», «ThermaSpec-600», «Termeks»,«Turapi», «Primus-R», «PTS Qoantom», «Prostex ЗООО», «Prostcare», а такжеизлучатели отечественных аппаратов Луч – 11 (ФГУП ГЗ «ЭМА») и Яхта – 4 (АО«НПП «Исток» им. Шокина»).Несмотряизлучателейотдельныемалуюнадляочевидныемикроволновойнедостатки,эффективностьвнешнимпреимуществапроводникомкфизиотерапии,которымизлучения,спиральныхможновызваннуюэлектродаиэлектродовониимеютотнестииисравнительноналичиемзазораповерхностьюмеждуоблучаемогоучастка тела пациента, а также симметричное распределение излученияпопоперечномулокальноесечениювоздействиедругих биотканей.наэлектрода,непредстательнуюпозволяющееоказыватьжелезуоблучениябез8Цель диссертацииИсследование физических и конструктивно – технологических особенностейаксиально – симметричной замедляющей системы типа «коаксиальная ребристаялиния» и создание на ее основе малогабаритных СВЧ устройств различногофункционального назначения с улучшенными электрическими параметрами ихарактеристиками.Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:анализ известных физических особенностей, методов проектирования,конструктивно – технологических решений и областей примененияаксиально – симметричных замедляющих структур, их преимуществ,недостатков и тенденций дальнейшего развития;анализ аналитических и численных методов, а также программныхсредств для компьютерного моделирования замедляющих систем типа«коаксиальная ребристая линия» и СВЧ устройств на ее основе;исследование взаимодействия электромагнитной волны в замедляющейсистеме типа «металлический ребристый стержень» с кольцевым потокомэлектронов;исследование взаимодействия электромагнитной волны в замедляющейсистеметипа«диафрагмированныйволновод»с цилиндрическимпотоком электронов;компьютерное моделирование диаграмм направленности электрода наоснове отрезка замедляющей системы типа «ребристый стержень» визотропном экране и азимутально неоднородном экране с щелевымиразрезами;экспериментальное исследование макетов замедляющей системы типа«ребристый стержень» в изотропном экране и азимутально неоднородномэкране с щелевыми разрезами, и сравнение полученных характеристик срезультатами аналитических расчетов и компьютерного моделирования.9Методы исследованияИсследованияпроведеныспомощьюматематическихаппаратовэлектродинамики и теории электромагнитного поля; теории электрических цепейи сигналов; численных методов и компьютерного моделирования; изготовленныхэкспериментальных макетов СВЧ устройств.Достоверностьнаучныхположений,выводовирекомендацийподтверждается корректностью используемых и опубликованных математическихвыводов и моделей; согласованностью ряда полученных результатов сопубликованнымивотечественнойизарубежнойпечати;результатамикомпьютерного моделирования, экспериментальных исследований и внедрениемразработанных элементов и устройств в производство.Научная новизна, основные научные положения и результатыНа защиту выносятся перечисленные ниже новые научные положения ирезультаты, полученные в работе:1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации