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:
- Определяется волновое число на частоту сигнала.
- 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.
- Вычисляется проводимость электронного потока по постоянному току.
- Рассчитываются значения шунтирующих активных проводимостей для резонаторов на частоту сигнала и на удвоенную частоту сигнала.
- Определяются нагрузочные сопротивления резонаторов.
- Рассчитывается плотность и собственная частота электронного потока.
- Определяется угол пролета в четвертой пролетной трубе и соответствующее расстояние между центром четвертого и пятого резонаторов.
- Определяются величины коэффициентов скоростной модуляции в первом, третьем и четвертом резонаторах.
- Вычисляются амплитуды напряжений на третьем и четвертом резонаторах.
- Определяется коэффициент скоростной модуляции и амплитуда напряжения на втором резонаторе.
- Рассчитывается параметр группирования в конце третьей пролетной трубы.
- Определяется амплитуда тока основной частоты, возбуждающей четвертый резонатор.
- Вычисляется амплитуда напряжения на четвертом резонаторе.
- Определяется мощность во втором резонаторе.
- Рассчитывается коэффициент усиления первого каскада.
- Определяется мощность возбуждения прибора при настройке первого резонатора на частоту сигнала.
- Рассчитывается входная и выходная мощность.
- 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:
- Кацман Ю.А. Приборы сверхвысоких частот: Теория, основы расчета и проектирование электронных приборов: В 2 Т. Т. 2. М.: Высшая школа, 1983. 382 с.[schema type=»book» name=»ОПТИМИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ПЯТИРЕЗОНАТОРНОГО КЛИСТРОНА » author=»Попов Юрий Игоревич, Буров Анатолий Викторович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-17″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]