30 Дек

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ПЯТИРЕЗОНАТОРНОГО КЛИСТРОНА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Важнейшими параметрами пролетных клистронов, применяемых в современных радиоустройствах, являются КПД. и широта полосы усиливаемых частот. Поэтому в качестве объекта для расчета выбран пятирезонаторный клистрон, в котором повышение КПД достигается методом автомодуляции на удвоенной частоте усиливаемого сигнала, а также применяются двухзазорные резонаторы для обеспечения большей полосы частот усиливаемого сигнала. Большое усиление на каскад у двухзазорных резонаторов позволяет одновременно сократить общее число резонаторов, необходимое для получения достаточно большой амплитуды второй гармоники. Выбранная конструкция, успешно реализованная на работающем макете прибора, имеет такой порядок следования резонаторов: два резонатора на основную частоту сигнала, один – на удвоенную частоту сигнала и еще два резонатора, из которых последний является выходным, – на основную частоту.

В работе [1, с. 186–200] устанавливаются два важных соотношения. Первое определяет максимальное относительное смещение крайних электронных слоев, ограничивающих группирующееся в четвертой пролетной трубе электронное уплотнение, равное

Приведенные результаты положены в основу разработанного авторами алгоритма расчета пятирезонаторного пролетного клистрона по критерию максимума КПД. Данными для расчета служат ускоряющее напряжение, ток, радиус канала, радиус электронного пучка, размеры щелей первого, второго и четвертого резонаторов на частоту сигнала, размер щели третьего резонатора на удвоенную частоту сигнала, расстояние между центрами щелей первого, второго, третьего и четвертого резонаторов, расстояние между центрами первого и второго, второго и третьего и третьего и четвертого резонаторов, волновые сопротивления и добротности первого, второго, третьего и четвертого резонаторов.

Расчет основных параметров клистрона проводится в следующей последовательности:

  1. Определяется волновое число на частоту сигнала.
  2. Определяются углы пролета щелей резонаторов, углы пролета расстояний между центрами щелей резонаторов, углы пролета по радиусу канала и радиусу электронного потока на частоту сигнала и на удвоенную частоту сигнала.
  3. Вычисляется проводимость электронного потока по постоянному току.
  4. Рассчитываются значения шунтирующих активных проводимостей для резонаторов на частоту сигнала и на удвоенную частоту сигнала.
  5. Определяются нагрузочные сопротивления резонаторов.
  6. Рассчитывается плотность и собственная частота электронного потока.
  7. Определяется угол пролета в четвертой пролетной трубе и соответствующее расстояние между центром четвертого и пятого резонаторов.
  8. Определяются величины коэффициентов скоростной модуляции в первом, третьем и четвертом резонаторах.
  9. Вычисляются амплитуды напряжений на третьем и четвертом резонаторах.
  10. Определяется коэффициент скоростной модуляции и амплитуда напряжения на втором резонаторе.
  11. Рассчитывается параметр группирования в конце третьей пролетной трубы.
  12. Определяется амплитуда тока основной частоты, возбуждающей четвертый резонатор.
  13. Вычисляется амплитуда напряжения на четвертом резонаторе.
  14. Определяется мощность во втором резонаторе.
  15. Рассчитывается коэффициент усиления первого каскада.
  16. Определяется мощность возбуждения прибора при настройке первого резонатора на частоту сигнала.
  17. Рассчитывается входная и выходная мощность.
  18. Определяется коэффициент усиления по мощности и КПД клистрона.

На основании изложенного алгоритма разработана компьютерная программа, с помощью которой был произведен расчет пятирезонаторного пролетного клистрона со следующими исходными параметрами: рабочая частота сигнала 2460 МГц., ускоряющее напряжение 3200 В., ток 1.25 А, радиус канала 1.3×10-3 м., радиус электронного потока 6.5×10-4 м., размер щелей первого, второго и четвертого резонаторов 5×10-3 м, третьего резонатора 2×10-3 м., расстояние между центрами щелей в первом, втором и четвертом резонаторах 6.5×10-3 м, в третьем резонаторе 3.25×10-3 м., расстояние между центрами первого и второго резонаторов 1.35×10-2 м; второго и третьего, третьего и четвертого резонаторов 1.09×10-2 м., волновое сопротивление первого, второго и четвертого резонаторов 40 Ом, третьего резонатора 22.5 Ом, добротность первого, второго и четвертого резонаторов 1250, третьего резонатора 620.

В результате расчетов было определено оптимальное расстояние между центрами четвертого и пятого резонаторов в 2.087×10-2 м, обеспечивающее максимальный КПД в 67.62%. При этом мощность на втором резонаторе составила 5.98 Вт, коэффициент усиления первого канала 272.14, коэффициент усиления по мощности 50.73 дБ.

Список литературы:

  1. Кацман Ю.А. Приборы сверхвысоких частот: Теория, основы расчета и проектирование электронных приборов: В 2 Т. Т. 2.   М.: Высшая школа, 1983. 382 с.
    ОПТИМИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ПЯТИРЕЗОНАТОРНОГО КЛИСТРОНА
    Written by: Попов Юрий Игоревич, Буров Анатолий Викторович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 06/17/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)
    Available in: Ebook