LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Чисельне моделювання фізичних процесів у вісесиметричних електронно-променевих приладах

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна






Глумова Марина Всеволодівна





УДК 621.382:537.5





ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ У ВІСЕСИМЕТРИЧНИХ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВИХ ПРИЛАДАХ




01.04.04 - фізична електроніка




АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук












Харків – 2000

Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Таврійському національному університеті

ім. В. І. Вернадського Міністерства освіти і науки України.


Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук, доцент

Старостенко Володимир Вікторович,

Таврійський національний університет

ім. В.І. Вернадського, завідувач кафедри радіофізики.


Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Шматько Олександр Олександрович,

Харківський національний університет

ім.В.Н. Каразіна, професор кафедри фізики НВЧ.


доктор фізико-математичних наук, доцент,

старший науковий співробітник,

Чурюмов Геннадій Іванович,

Харківський державний технічний університет

радіоелектроніки, професор кафедри мікроелектроніки,

електронних приладів та пристроїв.


Провідна установа: Національний науковий центр "Харківський фізико- технічний інститут", Інститут плазмової електроніки і нових методів прискорення, Міністерства освіти і наукиУкраїни (м. Харків).


Захист відбудеться 31 березня 2000р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.02 Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61077 м. Харків, м. Свободи 4, ауд. 3-9.

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61077 м. Харків, м. Свободи 4.


Автореферат розісланий 24 лютого 2000р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради __________________________Ляховський А.Ф.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Розробка нових конструкцій електронно-променевих приладів (ЕПП), створення на їх базі нового технологічного та діагностичного обладнання, впровадження нових технологій оцінювання їх надійності та якості потребують докладного дослідження фізичних процесів у електронних пучках. До числа найбільш актуальних напрямків досліджень необхідно віднести вивчення впливу на фокусування перехідних процесів у електронних потоках та накопичення зарядів на конструктивних елементах за умови малої тривалості модулюючого імпульсу, коливальних та релаксаційних процесів, обумовлених динамікою просторового заряду, а також установлення впливу емісійних характеристик катода на проходження перехідних процесів під час подавання напруги на електроди.

Великого значення під час вирішення такого комплексу завдань набуває потужний, часто єдино можливий метод дослідження - обчислювальний експеримент. Досягнуті успіхи в галузі чисельного моделювання процесів взаємодії у приладах НВЧ показали його перспективність, а також можливість включення моделей у традиційну структуру систем автоматизованого проектування електровакуумних приладів (САПР ЕВП). Разом з тим, відсутність модельного інструменту досліджень ЕПП, а також сучасні перспективи розвитку як класичних приладів, так і їх застосувань в інших пристоях зробили актуальними проблему розробки чисельної моделі ЕПП для наукових експериментів та дослідницького проектування.


Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи являє собою складову частину довгострокового плану науково-дослідної роботи Таврійського національного університету і виконується у рамках НДР “Дослідження пробою у напівпровідникових приладах та мікросхемах під впливом електромагнітних полів та моделювання режимів роботи у напівпровідникових та електровакуумних приладах”. Державна реєстрація № 0198U002932. Ряд результатів, одержаних при виконанні дисертаційної роботи, було використано для здійснення госпдоговірних тем з підприємствами України та Росії (НДІ “Еротрон”, ВО “Кінескоп” (м.Львів), НДІ ТА “Фотон” (м.Сімферополь), НДІ “Оріон” (м.Київ), в/ч 67947 (м. Москва)).


Мета і задачі дослідження. Мета дисертації - створення чисельної динамічної моделі вісесиметричних електронно - променевих приладів з пучками малої та середньої інтенсивності та застосування її для вивчення фізичних процесів у приладах і в процесі їх проектування.


Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі задачі:

  • розробити модуль розрахунку електростатичних полів у електронному прожекторі (ЕП) та електронно - оптичної системи (ЕОС), або, в загальному випадку у системах із складною геометрією електродів;

  • розробити модуль, що автоматизовано задавав би емісійні характеристики катода, які максимально наближені до реальних;

  • розв’язати самоузгоджену задачу руху електронного пучка у робочому просторі ЕП та ЕОС з урахуванням поля просторового заряду (ППЗ);

  • розробити блок динамічної візуалізації процесу розповсюдження електронного пучка у робочому просторі, що показує зміни його параметрів у кожну мить часу;

  • оптимізувати модель, дослідити точність обчислень;

  • довести працездатність моделі (адекватність реальним фізичним процесам) шляхом моделювання елементарної складової частини ЕПП - діодного елемента і порівняння розрахованих за їі допомогою результатів з відомими аналітичним співвідношеннями та експериментальними даними;

  • продемонструвати можливості моделі під час постановки обчислювальних експериментів;

  • розробити спосіб розрахунку флуктуаційних характеристик електронних пучків при випадковій їх емісії.


Наукова новизна одержаних результатів.

1. На підставі методу макрочастинок (ММЧ) розроблено модель вісесиметричних ЕПП з пучками малої та середньої інтенсивності, що дозволяє враховувати емісійні характеристики катода, включаючи початковий розподіл емітованих електронів за швидкостями;

2. Розроблена модель дозволяє визначати не тільки традиційні характеристики електронного потоку, важкодоступні при використанні відомих методів, такі, як розподіл заряду у робочому просторі, перехідні процеси для струмів електродів після подавання на них напруги, флуктуації струмів, а також враховувати вплив емісійної неоднорідності катода.

3. Запропоновано базову модель елементарного елемента ЕПП - діодний елемент, що являє собою універсальний інструмент для моделювання та проектування електронно-оптичних систем із складною геометрією, а також для дослідження часових характеристик та шумів.

4. За допомогою моделі діодного елемента вперше знайдено спосіб кількісного опису закономірностей, що пов’язані з впливом розмірів та локалізації різних ділянок емітуючої поверхні катода на вольт - амперні характеристики.

5. На підставі розробленої моделі запропоновано спосіб розрахунку коефіцієнта депресії дробового шуму просторовим зарядом у діодному елементі, результати використання якого дають значно менші похибки у порівнянні з відомими наближенними аналітичними методами розрахунку.

6. Розроблений спосіб візуалізації являє собою ефективний засіб для дослідження динаміки електронних процесів в об’ємі ЕПП, що дає змогу розширити уявлення про основні особливості транспортування пучків на попередніх етапах проектування та оптимізації конструкції.


Практичне значення одержаних результатів.Практична цінність результатів роботи полягає в тому, що розроблена чисельна динамічна модель являє собою інструмент дослідження фізичних процесів в ЕПП та його елементарній структурі - вакуумному діоді, метод