Расчет резонансной системы клистронного усилителя

ГЛАВА 3

РАСЧЕТ РЕЗОНАНСНОЙ СИСТЕМЫ

КЛИСТРОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

На предприятии «Светлана-Электронприбор», много лет занимающемся разработкой и выпуском усилительных клистронов разного назначения, в качестве резонаторов с распределенным  взаимодействием  применяется оригинальная конструкция двухзазорных резонаторов противофазного типа с плоским центральным электродом, имеющая высокие энергетические характеристики и позволяющая максимально сократить длину резонансного блока клистрона и, следовательно, вес магнитной фокусирующей системы (МФС).

 Увеличенные значения характеристического сопротивления таких резонаторов по сравнению с тороидальными резонаторами объясняются повышенной кратностью взаимодействия и концентрацией электромагнитного поля вблизи от центрального проводника коаксиальной линии.

Коэффициент взаимодействия двойного зазора равен:

где - коэффициент взаимодействия одиночного зазора, - постоянная  распространения возмущений в электронном потоке, - расстояние между центрами зазоров. В выходном резонаторе угол пролёта между центрами зазоров обычно меньше  для максимального коэффициента полезного действия клистрона, а в остальных резонаторах - несколько больше, чтобы они нагружались электронной нагрузкой для подбора добротности, необходимой для формирования частотной характеристики, или для максимального сопротивления. Относительная проводимость электронной нагрузки равна

где - проводимость электронного потока, - проводимость электронной нагрузки одиночного зазора. Проводимость электронной нагрузки может регулироваться в широких пределах почти независимо от коэффициента взаимодействия. Это исключает необходимость в поглотителях, которые используются при однозазорных или синфазных многозазорных промежуточных резонаторах для подбора добротностей и формы частотной характеристики выходного сигнала.

3.1 Расчет  резонансного блока по программе «Svetlana»

Резонансные частоты, затухания и расстояния между резонаторами выбираются на основании общих соображений и численных экспериментов по расчётной программе «Пальмира» («Svetlana»), разработанной в ЛЭТИ в 1979 г. В.А.Ивановым.

Программа «Svetlana» обеспечивает проведение физических исследований усилительного клистрона с многозазорными (до четырех зазоров) резонаторами (до шестнадцати резонаторов).

Исходными данными для расчета по программе «Svetlana» являются:

- режим работы клистрона (напряжение катода Uo, ток катода Io, центральная частота сигнала fo, радиус пролетных отверстий, число пролетных отверстий, заполнение пролетных отверстий потоком, число резонаторов и входная мощность)

- 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.