Расчет и оптимизация электронно-оптической системы мощного широкополосного клистрона, страница 3

Расчет АЧХ клистрона производится по дисковой модели. Сущность модели такова: электронный поток считается разбитым на конечное число дисков в пределах одной электронной длины волны λ. Предполагается, что диски могут проходить один через другой. Анализ явлений, происходящих в УК, производится на основании численного интегрирования нелинейных уравнений движения дисков в заданных полях пространства взаимодействия.

Силы взаимодействия между дисками определяются с помощью функций Грина на основании решения электростатических задач с учётом конечных размеров диаметров электронного потока и пролётных труб. Дисковая модель является одномерной. Предполагают, что диски равномерно заряжены, имеют радиус меньше радиуса трубы дрейфа и располагаются перпендикулярно оси прибора.

Исходными данными для расчёта по программе «Svetlana» являются:

- режим работы клистрона (напряжение катода U0, ток катода I0, центральная частота сигнала f0, радиус пролётных отверстий, число пролётных отверстий, заполнение пролётных отверстий потоком, число резонаторов и входная мощность)

- нагруженные добротности резонаторов;

- собственные добротности резонаторов;

- резонансные частоты резонаторов;

- характеристические сопротивления резонаторов;

- геометрические размеры резонаторов.

Расчёт резонансной системы УК

Выбор конструкции  основных узлов УК

Определение

Учитывая, что КПД широкополосного УК находится на уровне (20÷30)%, для получения мощности 5 КВт ориентировочное значение тока

I0≈5А.

 Сопротивление электронного потока

R0=U0/I0=1200 Ом.

Для получения максимального КПД сопротивление выходного резонатора также должно быть равно

Rвых≈1200 Ом.

Следовательно для получения полосы усиливаемых частот

                                                        Δf0=200 МГц

нагруженная добротность выходного резонатора должна быть

                                                        Qн=f0/Δf0=15

а характеристическое сопротивление

                                                        ρ=Rвых/Qн=80 Ом

Определение основных размеров резонаторов прибора.

Зная параметры электронной оптической системы прибора можно определить размеры области взаимодействия, и по указанной аналитической программе определить необходимые для оптимальной работы размеры резонаторов и их характеристическое сопротивление.

Определение параметров электронной оптической системы УК.

Общий микропервеанс электронного потока

                                                        P=I0/U03/2 =5/60003/2 ≈ 10.5 мкА/В3/2

Оптимальное значение микропервианса для одного луча ориентировочно составляет 0.5 мкА/В3/2. Следовательно, в рассматриваемом приборе электронный поток должен быть многолучевым. Кроме того приведённый радиус пролетной трубы для одного луча дожжен быть

                                                        γ*r<1.0 , где

γ - постоянная распространения;       γ=3π/λ*U00.5= 0.41 рад/мм

В качестве расчётной была принята 19-лучевая электронно-оптическая система, с диаметром одного канала 2.5 мм. Такая система была применена в одном из ранее разработанных приборов и имеет необходимое оборудование для изготовления.

В этом случае микропервеанс одного луча

                                                        P1=10.5/19=0.51 мкА/В3/2

                                                        γ*r=0.51 рад

                                                        γ*b=0.25 рад,

где b- радиус луча b=0.5*r.