Расчет выходного каскада УСВЧ на амплитроне (импульсная мощность на выходе амплитрона - 144 КВт, импульсная мощность на входе амплитрона - 28 КВт), страница 2

Импульсная мощность на выходе амплитрона Р_ВЫХ=144 КВт.

Вольт-амперная характеристика амплитрона имеет вид:

 

(2.10)

Коэффициент

          (2.11)

где     ε₀ = 8,854∙10^-12 – диэлектрическая постоянная вакуума; h=11,25см – высота анодного блока.

Коэффициент S_σ=sin(σN/2)/(σN/2) зависит от величины σ, определяющей ширину спиц сгруппированного электронного потока.

Коэффициент S_β=sin(βN/2)/(βN/2) определяется шириной щели 2β резонаторов анодного блока в угловом измерении.

Коэффициент определяется по формуле:

 

(2.12)

где

r₁ – радиус втулки пространственного заряда вокруг катода.

          Итак, для нашего случая:

 

 

Из сделанных  выше расчетов получилось, что радиус втулки пространственного заряда r₁=1,5∙10^-3 м, а коэффициент K_U=2,5∙10⁴ В²/А.

Напряжение на зазоре входной ячейки

 

(2.13)

и выходной ячейки

(2.14)

 

где                                    ;                                                    ;   Z₀ – волновой сопротивление ЗС; γ – номер вида (зоны) колебаний.

 

Напряжение на зазоре входной ячейки

 

Напряжение на зазоре выходной ячейки при анодном токе I₀=7А:

 

Среднее значение амплитуды высокочастотного напряжения на зазорах ячеек ЗС находится по формуле:

 

(2.15)

Синхронное значение анодного напряжения

(2.16)

 

Пороговое напряжение

(2.17)

Коэффициент                                                                                        (2.18)

 

Коэффициенты:

(2.19)

 

Угол θ_СР=-d_CР+b_СР=-0,449+0,00365=-0,445.

Подставляя полученные величины в уравнение (2.10), найдем напряжение в выбранной рабочей точке, соответствующей рассчитанным параметрам ЗС:

 

Мощность на выходе

 

          (2.20)

 

Зависимость вариации фазы в работающем амплитроне определяется выражением:

 

(2.21)

где

 

Результаты расчета ЭСФ в зависимости от анодного тока при импульсной мощности на входе амплитрона Р_ВХ = 28 КВт  приведены в таблице;

I0, А	7	8	9	11
UN1, КВ	7,645	8,043	8,422	9,113
PN1, КВт	111	132	144,7	170
UCР, КВ	5,742	5,941	6,13	6,486
U0, КВ	24,872	24,975	25,078	25,181
Δφ,град	39,2	40,1	41,2	42,2

Требуемое значение выходной мощности обеспечивается при анодном токе I₀ = 10А и входной мощности Р_ВХ = 28 КВт. В этом режиме  коэффициент ЭСФ по анодному току и преобразования АМ в ФМ соответственно равны:

 

(2.22)

Динамическое и статическое сопротивление равны:

(2.23)

Мощность на выходе усилителя при анодном токе 11 А составит:

 

(2.24)

Здесь КПД ЗС принят η_k=0,85.

Относительное изменение мощности на выходе амплитрона при рассогласованной нагрузке (Г_Н=0,231) и изменении фазы нагрузки от 0 до 2π составляют:

 

Здесь коэффициент отражения от выхода энергии амплитрона принят Г_Н=0,1, а затухание в амплитроне d=1.

Рассмотрим обеспечение заданной нестабильности частоты в импульсе.

Кратковременная нестабильность частоты за период следования  импульсов

Δf_{П.ДОП .Т} =   К₀/2πτ = 0,01/2·3,14·3·10^-6 = 530,516Гц.                           (2.25)

Нестабильность частоты за время импульса

Δf_{П.ДОП .τ} =  1/πτ = 1/3,14·3·10^-6 = 106,1кГц.                                          (2.26)

Спад напряжения на вершине модулирующего импульса, обеспечивающий заданную стабильность фазы в импульсе в выбранном режиме:

(2.27)

Здесь динамическое сопротивление модуляторной лампы R_M=500 Ом.

Изменение частоты от импульса к импульсу вызывается также изменением напряжения выпрямителя, вызванным непостоянством напряжения сети

                                       (2.28)

Найдем коэффициент стабилизации напряжения выпрямителя

Емкость накопительного конденсатора модулятора с частичным разрядом накопителя

 

(2.29)

Изменение входной мощности амплитрона, обеспечивающее заданную стабильность частоты:

(2.30)

Требуемые изменения уровня входной мощности амплитрона обеспечиваются расчетом предыдущего каскада. Изменение напряжения на катоде  клистрона, обеспечивающее требуемый спад мощности на входе амплитрона mi

                                (2.31)

Определим температурные изменения частоты амплитрона

               (2.29)

t_ПС = 50°С перепад температуры между поверхностью анода и окружающей среды (воздухом или охлаждающей жидкостью). Δt_С = 10°С – возможная температура окружающей среды в стационарном режиме.

Затухание ферритового вентиля, обеспечивающее заданную стабильность частоты:

(2.28)

Т.к. прямое и обратное затухание серийных ферритовых устройств составляет соответственно α₁=(0,5-0,8) дБ, α₂=(20-30) дБ. То выберем суммарное  затухание ферритового вентиля равным 20дБ.

Принимая прямое затухание a₁=0,5 дБ, получим a₂=19,5 дБ. КПД усилителя

(2.29)

Средняя мощность, потребляемая от источника питания

 

(2.30)

Итак, полученных данных достаточно для расчета импульсного модулятора.