Расчет АЧХ клистрона производится по дисковой модели. Сущность модели такова: электронный поток считается разбитым на конечной число дисков в пределах одной электронной длины волны λ. Предполагается, что диски могут проходить один через другой. Анализ явлений, происходящих в усилительном клистроне, 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 учетом конечных размеров диаметров электронного потока и пролетных труб. Дисковая модель является одномерной. Предполагают, что диски равномерно заряжены, имеют радиус меньше радиуса трубы дрейфа и располагаются перпендикулярно оси прибора. Модель имеет ряд недостатков, т.к. она не учитывает:
1. Пульсации потока.
2. Неоднородность потока по сечению.
3. Не позволяет рассчитывать клистроны с электростатической фокусировкой.
Программа «Светлана» позволяет получить такие параметры как величина сдвига резонансной частоты резонатора под влиянием электронного потока, в том числе и при большом сигнале, а также относительная проводимость электронной нагрузки. Эти величины следует учитывать при проектировании клистронного усилителя.
Выбор геометрических размеров зазоров резонаторов и толщины штоков выбираются в соответствии рассчитанной по программе относительной электронной нагрузке резонаторов следующим образом. Задается режим работы клистрона, а затем варьируются зазоры резонатора. Для данного прибора получается следующая зависимость Ge/Go от зазоров при штоке 1 мм:
Рис.5 Зависимость относительной электронной проводимости
от ширины зазоров двухзазорного резонатора
В соответствии с тем, что максимальный КПД достигается при отрицательной или нулевой электронной нагрузке, а для формирования частотной характеристики необходимо, чтобы промежуточные резонаторы были достаточно нагружены электронным потоком, но имели все таки не маленький коэффициент взаимодействия, были выбраны следующие размеры зазоров резонаторов в данном клистроном усилителе (штоки во всех резонаторах одинаковые и равны 1 мм)
1 резонатор – 1 мм
2, 3, 4, 5, 6 резонаторы – 1.5 мм
7 резонатор – 0.9 мм.
После того, как были выбраны геометрические размеры зазоров и штоков резонаторов, необходимо рассчитать их характеристическое сопротивление (приблизительно) и затем определить оптимальные настройки резонаторов и их нагруженные добротности необходимые для получения максимального КПД и коэффициента усиления клистронного усилителя в заданной полосе усиливаемых частот.
Задавая в качестве исходных данных для работы с программой «Svetlana» режим работы прибора и изменяя настройку каждого резонатора, нагруженные добротности и коэффициент связи выходного резонатора с пассивным резонатором, можно достаточно быстро получить оптимальные параметры резонаторов.
Для реализации режима группировки электронов используется «скиртронная» система настройки: первый резонатор настроен на нижний край полосы рабочих частот, промежуточные резонаторы настроены на частоты выше рабочих частот клистрона, выходное устройство настроено на центр полосы. Система настройки резко несимметрична относительно центральной частоты, но итоговую частотную характеристику выходной мощности удаётся выравнять, повышая сопротивление входного резонатора или перестраивая второй резонатор ближе к первому в пределах полосы.
Для процесса оптимизации существенную роль играют характеристики зависимости напряжений и конвекционных токов от частоты сигнала.
Оптимальными характеристиками являются показанные на Рис.8.
Произведя ряд расчетов, можно сделать следующий выводы:
- наиболее критичным параметром для получения АЧХ с наименьшей неравномерностью является частота второго резонатора. Для изготовления этого резонатора требуется большая точность. Он должен быть заранее настроен на нужную частоту. Это касается и частот входного и выходного резонаторов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.