Накрапах І А, Савін А Н Саратовський державний університет вул Московська, д155, м Саратов, 410012, Росія тел: +79276269677, E-mail: savinan@infosguru

Анотація – Запропоновано алгоритм синтезу геометричних параметрів ланцюжка повязаних неідентичних резонаторів ([ДСНР) за заданими електродинамічним характеристикам, заснований на використанні регресійних моделей еквівалентних параметрів і ефективного методу пошуку глобального екстремуму при наявності явних і неявних обмежень Наведені результати синтезу ЦСНР з двома стрибками фазової швидкості хвилі

I                                       Введення

Оптимізація ККД ЛБВ О-типу шляхом зміни фазової швидкості хвилі по довжині сповільнює системи ставить завдання визначення геометричних параметрів (синтезу) системи з неідентичними осередками У більшості робіт пропонується послідовний синтез кожного резонатора нерегулярної ЗС (див, наприклад, [1, 2]), параметри якого визначаються за параметрами відповідної ланцюжка ідентичних резонаторів У роботі [1] синтез ЦСНР проводиться за аналітичними співвідношенням, що звязує параметри еквівалентної схеми і розміри осередків В [2] зміна періоду окремого резонатора визначається для заданої фазовоїшвидкості з використанням програм заснованих на тривимірних електромагнітних кодах

У доповіді представлений метод оперативного визначення геометричних параметрів ЦСНР по заданих величині опору звязку та законом зміни фазової швидкості хвилі по довжині системи Алгоритм синтезу заснований на використанні регресійних моделей еквівалентних параметрів осередків ЦСНР [3] і ефективного методу пошуку глобального екстремуму при наявності явних і неявних обмежень [4]

II                              Основна частина

Основні положення еквівалентного представлення ЦСНР з трубками дрейфу і поверненими на 180 ° щілинами звязку дані в роботі [5] за методом розрахунку її електродинамічних характеристик (ЕДХ)

Еквівалентні параметри окремих резонаторів ЦСНР визначалися з ЕДХ (дисперсія, опір звязку) ланцюжків повязаних ідентичних резонаторів (ЦСР), складених з відповідних осередків Еда ЗС визначалися по їх математичними моделями, які представляють собою деякі функції розмірів осередків ЦСР [3] Для підвищення точності розрахунку характеристик ЦСР при побудові моделей використовувався регресійний аналіз даних багатофакторного планованого експерименту з визначення її дисперсійних характеристик (ДХ) у резонаторної і щілинної смугах пропускання

При синтезі розмірів осередків ЦСНР мінімізувалася цільова функція, що є суму квадратів відхилень розраховуються за регресійним моделям значень довжин хвиль на дискретних фазових зрушеннях в резонаторної і щілинної смугах пропускання, а також опору звязку робочої гармоніки резонаторної смуги від відповідних заданих значень

Допустимі діапазони зміни геометричних параметрів осередків – явні обмеження – формувалися при завданні періоду ЗС з урахуванням меж зміни розмірів, заданих при розробці регресійних моделей [3] Для забезпечення технологічної та конструктивної реалізованості одержуваної конфігурації використовувалися відповідні неявні обмеження

Пошук глобального мінімуму цільової функції здійснювався із застосуванням модифікованого комплексного методу умовної оптимізації Боксу [4]

Запропонована методика була застосована для синтезу геометричних параметрів ЦСНР з двома стрибками фазової швидкості по довжині системи Закон зміни фазової швидкості наведено на рис 1

Оптимізація розмірів окремих ділянок ЗС проводилася по заданих дисперсійним залежно

Рис 1 Зміна фазової швидкості по довжині ЦСНР

Fig 1 Phase velocity variations in a CCNR

Стямились за умови рівності фазових зрушень на клітинку кожної секції при фіксованих довжинах хвиль в основній смузі пропускання Необхідні значення фазової швидкості робочої просторової гармоніки забезпечувалися варіацією періоду – L і відносини зазору до періоду – d / L Відповідні розміри синтезованої ЦСНР наведено в табл 1

Таблиця 1

Table 1

№ секції

Число осередків

L

d/L

1

16

178

0275

II

11

1728

0271

III

10

1685

0267

Розрахункові та експериментальні ДХ секцій з ідентичними осередками синтезованої ЦСНР практично збігаються із заданим законом зміни фазової швидкості (результати наведені на рис 2 і рис 3, відповідно)

Теоретичні та експериментальні дослідження характеристик узгодження, а також розподіл амплітуди і фази поля по довжині синтезованої ЦСНР дозволили оцінити вплив полів, порушуваних в області стрибкоподібної зміни її розмірів

III                                  Висновок

– Задані,-о– розрахунок

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

Запропонований метод дозволяє оперативно і з високою точністю визначати розміри ланцюжка повязаних неідентичних резонаторів по заданих електродинамічним характеристикам і, відповідно, може використовуватися при проектуванні НВЧ приладів

IV                           Список літератури

[^] Аксенчік А В, Кураєв А А Потужні прилади НВЧ з дискретним взаємодією (теорія і оптимізація) – Мінськ: Вестпрінт, 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] Накрапах І A, Савін AH, Шараєвський Ю П Моделювання широкосмугових уповільнюють систем типу ланцюжка повязаних резонаторів з використанням планованого експерименту / / РЕ 2006 Т 51 № 3 С 316-323

[4] Савін А Н, Шараєвський Ю П, Тимофєєва Н Е Модифікація комплексного методу умовної оптимізації Боксу для визначення розмірів уповільнюють систем по заданих електродинамічним характеристикам / / НВЧ-техніка і телекомунікаційні технології: Матеріали 15-ої Междун Кримської конф (КриМіКо2005) – Україна Севастополь: Вебер, 2005 – С 779-780

[5] Накрапах І А, Савін А Н, Шараєвський Ю П та ін Метод розрахунку електродинамічних характеристик сповільнює системи типу ланцюжка повязаних неідентичних резонаторів на основі регресійних моделей її еквівалентних параметрів / / Радіотехніка та звязок: Матеріали Междун н-т конф -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@infosguru

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 секцій ЦСНР

– Задані,-о– експеримент

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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р