Разработка импульсного передатчика СВЧ-диапазона (мощность – 500 кВт, диапазон рабочих частот – 1200-1400 МГц), страница 2

Заданную мощность обеспечивает магнетрон типа 4J26 с параметрами:

2. Угловая ширина щели при

.

3. Расчёт нагруженной добротности и характеристического сопротивления резонаторной системы. Принимаем собственную добротность резонаторной системы =1800. Внешняя добротность

Нагруженная добротность

Эквивалентная индуктивность резонаторной системы

Характеристическое сопротивление резонаторной системы

Проводимость резонаторной системы

=2.954мСм

4. Пороговое напряжение

5. Синхронное значение анодного напряжения

6. Радиус втулки пространственного заряда

7. Расчёт коэффициентов для  даёт следующие результаты:

8. Нагрузка и магнетрон развязаны с помощью циркулятора с обратным затуханием 25дБ, что позволяет проводить расчёт  электрического режима без учёта влияния рассогласования на щелях резонаторной системы

9. Углы рассогласования  и  соответственно равны

Суммарный угол рассогласования

Крутизна фазовой характеристики

Крутизна суммарной фазовой характеристики

10. Коэффициент электронного смещения частоты

11. Проверим значения анодного напряжения и выходной мощности

Здесь принято =0,75

12. Динамическое и статическое сопротивления

13. Обеспечение требуемой нестабильности частоты передатчика

Кратковременная нестабильность частоты за период следования импульсов

Нестабильность частоты за время импульса

Пульсации выпрямленного напряжения

Динамическое сопротивление модуляторной лампы в критическом режиме выбрано .

Средний ток выпрямителя

Ёмкость фильтра выпрямителя

Количество фаз выпрямителя принято

Допустимый спад напряжения на вершине импульса

Величина ёмкости в модуляторе с частичным разрядом

2.2. Расчёт импульсного модулятора.

Исходные данные:

U₀=23 кВ

I₀=40 А

t=5 мкс

F=400 Гц

Определим ориентировочные параметры модуляторной лампы:

е_{а макс}=1.15×U₀                      

е_{а макс}=1.15×23×10³=26.44 кВ

i_{a макс}=1.1×I₀                  

i_{a макс}=1.1×40=44 А

Выбираем тетрод ГМИ-32А.

е_{а макс}=40 (кВ)                r_i=80 (Ом)

е_{а мин}=3.75 (кВ)              R^’_I=200 (Ом)

Е_с1=-800 (В)                   R_i=750 (Ом)

Е_с2=2 (кВ)                      C_п=1 (пФ)

е_{с макс}=600 (В)

Сопротивление нагрузки модулятора было рассчитано раннее  R₀=575(Ом).

Зарядное сопротивление:

R₁=20×R_г                                        

R₁=20×334=6.68 (кОм)

Емкость накопителя была рассчитана раннее Сн=63,14 (мкФ).

Шунтирующая индуктивность:

L=                                    

L==10 (мГн)

Рассчитаем энергетические соотношения.

Изменение напряжения на накопителе:

_DU_c=    

_DU_c== 530 (В)

Максимальное напряжение на накопителе U_смакс=е_амакс=31 (кВ). По этому напряжению выбирается марка конденсатора накопителя. Минимальное напряжение на накопителе:

U_смин=U_смакс-_DU_с                       

U_смин=18.4-0.53=17.87 (кВ)

Напряжение источника питания:

Е_ист=           

Е_ист==18.5 (кВ)

Мощность потерь в элементах схемы:

P_a=i_амакс×e×t×F  

Р_а=53×3750×10×10^-6×1000=2 (кВт)

P_R1=    

P_R1=

=2.1 (кВт)

Р_L=(2.57)

P_L==3.64 (кВт)

Средняя мощность модулятора:

Р_ср=I₀×U₀×t×F                       

Р_ср=48×27000×10×10 ^-6×1000=12.96 (кВт)

Мощность источника питания:

P_ист=P_a+P_R1+P_L+P_ср           

Р_ист=2×10³+2.1×10³+3.64×10³+12.96×10³=20.7 (кВт)

Найдем КПД передатчика:

h=Р_ср/Р_ист                 

h=12.96/20.7=0.62

Выбираем шунтирующий диод:

U_обр³ U₀             

U_обр=27 (кВ)

Ток эмиссии катода:

I_e³ U₀×t /L                       

I_e³ 27×10³×10×10^-6/10×10^-3³ 27=27 (A)

Внутреннее сопротивление:

R_i<                

R_i< < 50 (кОм)

Мощность рассеивания на аноде должна быть равна мощности рассеивания на индуктивности Р_а=2 (кВт).

Выбираем диод ВИ1-5.

Требования к источнику питания Е_ист=18.5 (кВ), мощность выпрямителя Р_ист³ 20.7 (кВт).

 Схема выходного каскада и импульсного модулятора. 

2.3 Расчет задающего генератора.

Р_н=1 (мВт)

Частота следования импульсов резонатора КР F=60 (МГц)

Параметры КР:

нормированная статическая емкость КР С=68 (пФ);

мощность, рассеиваемая на КР Р=2 (мВт).

В качестве нормируемого элемента используем транзистор КТ311Г с параметрами:

f_гр=600 (МГц)

h₂₁=50

r_об=60 (Ом)

Р_кмакс=150 (мВт)

U_кэмакс=12 (В)

I_кмакс=50 (мА)

В данной схеме кварцевый резонатор вынесен в цепь ООС. Частота колебаний, формируемых автогенератором равна или близка к частоте последовательного резонанса кварцевого резонатора. Он может иметь как индуктивное, так и емкостное сопротивления. Данная схема используется для возбуждения КР как на основной, так и на нечетных гармониках. В этом случае элементы С₁,С₂,С₃,L₃ настроены на частоту выбранной гармоники. Мощность в нагрузке составляет 1…2 мВт.