Смекни!
smekni.com

Техника СВЧ (стр. 4 из 10)


а) Однорезонаторный клистрон с резонатором "p" - вида с q1»3/2p.

ооо

б) Однорезонаторный клистрон с резонатором "0" - вида с q1»3p.


в) Двухрезонаторный клистрон с q1»2p.

Рис.2.14. Клистроны с широкими входными зазорами, разработанные ранее

Мощность этого прибора Р=4 кВТ при напряжении U0=4 кВ. КПД прибора 52.4% при следующих параметрах d1=18 мм., x1=2.5, x2=1.5, L12=16.5 мм., В=2Вбр.

2.3.3. Двухрезонаторный двухзазорный клистрон с q1»3p.

Третий прибор является двухрезонаторным, но по прежнему с двумя пространствами взаимодействия (рис.2.14.в). Этот прибор отличается от предыдущих наличием глухой стенки между зазорами. Это приводит к тому, что первый зазор должен самовозбуждаться, т.е. работать в монотронном режиме. Вместе с тем наличие стенки позволяет практически исключить влияние нагрузки на генерацию колебаний. Как и в предыдущем случае поле в первом зазоре является неравномерным, что повышает эффективность работы.

Мощность этого прибора Р=20 кВТ при напряжении U0=8 кВ. Первый зазор имеет угол пролета q1»2.8p. Суммарный КПД двух зазоров hеå=57%, в выходном зазоре КПД hе2=53%.

Отметим , что все приборы расcчитаны для различных многолучевых электронно-оптических систем, используемых в различных многорезонаторных клистронах.

2.3.4. Рассмотрение некоторых вариантов клистронов с “p“ - резонатором.

Схематическое изображение клистрона представлено на рис.3.16

Рассмотрим два лучших рассчитанных варианта.

Первый вариант имеет параметры:

d1=26.75 мм., d2=11 мм., d3=4 мм., x1=1.7, x2=-1.7, x3=1.25, L12=26.75 мм., L23=15.25 мм., B2/U0=140, f=-0.3253 .

При этих параметрах получаем результаты представленные в таб.3.4 вариант 1. Расчет проводился по вычислительной модели T.

Таблица 3.4.

Результаты расчета клистрона с "p"-резонатором

Модель I1max/I0 Zopt hе12 hе3 hеå
1 T 1.6566 58 0.03096 0.621 0.652
2 ST 1.5838 56 0.059

Рис.3.15. Иллюстрация к выбору угла между током и напряжением


Рис.3.16. Схематическое изображение двухрезонаторного клистрона с резонатором "p" - вида с q1»3/2p.

Это лучший результат из всех вариантов для “p“- вида резонатора. Но при пересчете по более точной модели результат снизился. Для вычислительной модели ST результат приведен в таб.3.4 вариант 2. Как видно результаты существенно снизились, поэтому расчет с выходным зазором не проводился. Более тщательное исследование в окрестностях этого варианта по модели ST не проводился из-за больших затрат машинного времени на один вариант и низкого тока I1max/I0 .

Второй вариант имеет параметры:

d1=15.5 мм., d2=11.5 мм., d3=4 мм., x1=1.5, x2=-1.5, x3=1.3, L12=27.5 мм., L23=15.25 мм., B2/U0=140, f=-0.2861. При этих параметрах получаем результаты представленные в таб.3.5 вариант 1. Расчет проводился по вычислительной модели T. Для подтверждения корректности результатов оптимальная точка была пересчитана по более точной модели ST (таб.3.5 вариант 2)

Таблица 3.5.

Результаты расчета клистрона с "p"-резонатором

Модель I1max/I0 Zopt hе12 hе3 hеå
1 T 1.6307 60 0.027 0.6162 0.643
2 ST 1.6159 56 0.020 0.6314 0.651

Это является окончательным результатом. На рис.3.17 и 3.11. представлены ряд зависимостей для разных параметров клистрона вокруг оптимальной точки.

С учетом потерь в выходном резонаторе выходной КПД будет меньше электронного КПД третьего зазора hе3 .При КПД резонатора hр=0.95 (см. приложение) выходной КПД будет равен

h3=hе3*hр=0.6314*0.95=0.59983.

Рис.3.167(а). Зависимость максимума тока от амплитуды
на втором зазоре

Рис.3.17.(б). Зависимости максимума тока I1max/I0 и КПД первого резонатора hе12 от расстояния между зазорами L12

Рис.3.17.(в). Зависимость выходного КПД hе3 от амплитуды на выходном зазоре x3

2.4. Описание программы и выбор вычислительных параметров

Расчет клистрона в данном дипломном проекте проводился по программе разработанной на кафедре ЭП. В ней используется модель потока из дефформированных элементов и конечно-разностная схема расчета всех электрических полей. В приближении аксиальной симметрии электрических и магнитных полей программа позволяет:

- Моделировать реальное условие работы клистронов в динамическом режиме;

- Исследовать движение электронов от катода до их оседания на коллектор;

- Рассчитывать внешние статические электрические поля и поле пространственного заряда в системе электродов произвольной формы;

- Вычислять переменные электрические поля одно- и многозазорных резонаторов с произвольной формой поперечного сечения зазоров;

- Моделировать процесс возбуждения резонаторов электронным потоком и скоростную модуляцию электронов полями этих резонаторов;

- Исследовать работу клистрона в режиме заданных амплитуд и в самосогласованном режиме;

- Моделировать процессы в клистронах, имеющих резонаторы, настроенные на частоты, кратные входной частоте;

- Анализировать динамические процессы в многоступенчатых коллекторах с рекуперацией остаточной энергии электронов.

Уравнение движения контрольных электронов по продольной Z и радиальной R координатам решаются методами Рунге-Кутта. Скорость азимутального вращения v0 рассчитывается с использованием теоремы Буша. Поля высокочастотных зазоров определяются один раз в квазистатическом приближении при единичной разности потенциалов и при хранятся в отдельных массивах. Эти поля используются при вычислении наведенных токов в резонаторе по теореме Шокли-Рамо. Напряженности высокочастотных полей при подстановке в уравнения движения умножаются на амплитудные и временные множители. Амплитуды и фазы напряжений в самосогласованном режиме рассчитываются через наведенные токи и параметры холодных резонаторов. Составляющие внешнего неоднородного магнитного поля определяются по экспериментальным данным. Подробно программа описана в [13,14].