Математическое моделирование и краткое описание основных расчетных программ, страница 5

- нагруженные добротности резонаторов,

- собственные добротности резонаторов,

- резонансные частоты  резонаторов,

- характеристические сопротивления резонаторов,

- геометрические размеры зазоров и толщина штоков резонаторов.

Программа позволяет не только рассчитывать амплитудные и амплитудно-частотные характеристики, а также зависимости КПД и коэффициента усиления от любого параметра прибора, но и представляет все данные, необходимые для понимания существующих процессов в многорезонаторном клистроне в удобном для пользователя графическом виде. Программа обеспечивает построение пространственно-временных диаграмм, конвекционных токов, напряжений по резонаторам, их зависимости от частоты сигнала и входной мощности.

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.

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 выровнить, 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.

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.

- частоты остальных промежуточных резонаторов находятся выше по частоте полосы усиливаемых частот. Эти резонаторы могут быть изготовлены и настроены на частоту, существенно выше рассчитанной.