Разработка генераторно-усилительного модуля 3-см диапазона, страница 5

Эти импульсы наводят ток в выходном резонаторе. Резонатор возбуждается током только на своей резонансной частоте и энергия луча на этой частоте идёт в резонатор как выходной сигнал. В электронном потоке имеет место взаимодействие, отталкивание электронов друг от друга, поскольку у них один и тот же заряд. Поэтому вышеупомянутая картина несколько нарушается и сгустки приобретают колоколообразную форму, а электроны теряют свою группирующую относительную скорость (относительно центра сгустка). Это не позволяет получать предельно узкие сгустки с высоким содержанием гармоник, что снижает коэффициент полезного действия, но уменьшает разброс скоростей электронов в пределах сгустка, что благоприятно для отбора энергии.

2.2 Компановка клистронного усилителя

Рассмотрим основные соотношения и ограничения, возникающие при расчете и конструировании многолучевого усилительного клистрона [5].

1. Размер  рисунка  отверстий  вдоль коаксиальной линии не должен превышать 0.1-0.15 длины волны сигнала, чтобы по этому размеру обеспечивался достаточно небольшой перепад высокочастотного  напряжения. При превышении этого размера увеличивается изменение сопротивления резонатора по площади пространства взаимодействия. Это приводит к разным высокочастотным напряжениям – например, больше оптимальных в центре и меньше оптимальных на краях. В результате не получается одинаковый режим взаимодействия и снижается коэффициент полезного действия прибора.

Размер  центрального  проводника  и  рисунка  отверстий  в поперечном направлении выбирается так, чтобы сохранить желаемый вид колебаний. При приближении этого размера к половине длины волны связь между полями зазоров теряется и повышается опасность возникновения колебаний на синфазном виде колебаний.

Исходя из приведенных выше соображений для данного прибора  (l=3.2 см)  был выбран следующий рисунок отверстий (Рис.2):

Рис.2 Эскиз коаксиального резонатора

Расстояния между отверстиями обеспечивают теплоустойчивость клистрона при реальном прохождении тока катода на коллектор и его оседании, особенно в динамическом режиме, на детали выходного резонатора.

2.  Диаметр пролётных отверстий выбирают по нормированной к электронной волне величине радиуса отверстия, то есть в зависимости от длины волны сигнала и напряжения электронного потока. Эта величина обычно находится в пределах 0.7-1 рад, что обеспечивает почти максимальный коэффициент полезного действия и усиление.

Для  данного  клистрона  был  выбран  радиус пролетного  отверстия 0.5 мм, исходя из того, что:

βе 0.5= 0.67 (рад),

 где  βе  - постоянная распространения:

= 1.34 (рад/см),

где Uo  -  напряжение катода (В)

(для данного клистрона напряжение катода Uo=5.5 кВ, как и полоса усиливаемых частот  Δf=4.2% и выходная мощность Рвых=4 кВт, были определены предприятием-заказчиком).

3. Учитывая, что реальный КПД широкополосных усилительных клистронов ориентировочно находится на уровне 15-20%, величина подводимой мощности (Ро) составит:

Ро =Pвых/0.175=Uo Io=22 кВт

Тогда ток катода  Iо  при напряжении  Uo=5.5 кВ составит примерно:

Iо=4 А