Расчет и проектирование многорезонаторного клистрона

Страницы работы

Содержание работы

                                           Введение.

  В настоящее время в различных областях техники разработаны системы   автоматизированного проектирования (САПР) приборов и устройств. Огромное значение имеет САПР в области электроники, в частности при разработке различных электронных приборов.

         В данном курсовом проекте осуществляется расчет и проектирование

многорезонаторного клистрона. Расчет ведется с помощью прикладных программ на ПЭВМ /Искра 1030М/ и IBM.

    Клистроны – это сверхвысокочастотные приборы, использующие принципы скоростной модуляции электронного потока и содержащие один или сгруппированного потока электронов. Объемные резонаторы соединяются пролетными трубами, в которых поток электронов перемещается от одного резонатора к другому.

   Клистроны получили свое название от слова “клизо”,что в переводе с гречекского означает “морской прибой”. В этом названии удачно отражена основная особенность клистрона, связанная с модуляцией электронов по плотности, образованием тока и отбором энергии от электронных сгустков.

  В отличии от триодов и тетродов СВЧ в клистронах используют принцип динамического управления электронным потоком. Группировка электронов в плотные сгустки обеспечивается в них за счет скоростной модуляции электронного потока.

  После пролета резонатора модуляция электронов по скорости переходит в модуляцию по плотности, т.е. электроны группируются в сгустки. Глубина модуляции электронов по плотности определяется временем пролета электронов, покинувших резонотор, которое должно быть оптимальным.

 Клистроны бывают двух основных разновидностей – пролетные и отражательные. Они отличаются способами группировки электронов, вылетевших из резонатора. В пролетном клистроне электроны группируются в расположенной после резонатора трубе дрейфа, в которой отсутствует электрическое поле, а в отражательном клистроне группировка происходит в пространстве между резонатором и отрицательным электродом – отрожателем в постоянном тормозящем поле.

В пролетных клистронах может быть более двух резонаторов, поэтому их подразделяют на двухрезонаторные и многорезонаторные. Отражательные клистроны в основном имеют однорезонаторную конструкцию.

Клистроны используют как генераторы, усилители и умножители частоты. Их разрабатывают практически для любого поддиапазона сверхвысоких частот. Значение их выходной мощности,  к.п.д  и коэффициента усиления не уступают значениям этих  параметров у приборов других типов, а в ряде случаев даже их превосходят. 

        1.1  Предворительный расчет параметров клистрона.

а) Определение средней частоты:

По заданному значению средней длины волны находим среднее значение частоты сигнала.

f = 3∙10 8λ– 1  = 3∙10 8 ∙ [1/3,9] = 7,5  [ГГц]

б) Выбор практически достижимого полного КПД.

 Исходя из того что, λ = 4,0 см выбираем максимальный КПД  ηmax= 40 %. Однако с учетом полосы пропускания КПД клистрона рассчитывается:

η = ηmax ∙ (1 – 5 ∙ ∆f / fcp) = 38,5 %

в) Расчёт  мощности источника питания:

По заданной выходной мощности клистрона и рассчитанному КПД находим полную мощ­ность, потребляемую клистроном:

Р0 = Рвых / η = 10000 [Вт]*100 %  / 38,5 % = 25970  [Вт]

г)  Расчёт микропервеанса.

Одним из основных параметров пучка является микропервеанс. В первом приближении его значение, обеспечивающее требуемую полосу пропускания клистрона, рассчитывается по формуле:

Рμ = 80 ∙ ∆f / fcp =  0.768 [мкА/В3/2]

д)  Расчёт ускоряющего напряжения.

Расчет ускоряющего напряжения ведется по найденным значениям потребляемой мощ­ности и микропервеанса.

         U0 = ( Р0 / 10 -6 ∙Рμ )2/5 = 16350[B]

е)  Расчёт тока луча.

Рассчитаем ток луча по потребляемой мощности и Uo:

I0 = P0 / U0 = 25970/ 16350 = 1,58 [A]

ж) Расчёт радиуса пролётной трубы.

 Для расчёта радиуса пролётной трубы а необходимо выбрать значение приведённого ра­диуса трубы g×а, значение которого обычно лежат в пределах 0.4 ¸ 1.0. Выбираем,  g×а  = 0.8. Рассчитываем величину γ.

g = 3176 ¤ l*(U0)1/2=6,209 [1/см].

Зная произведение  g×а  и рассчитав значение g можно определить радиус пролетной трубы а.

a = g * a / g = 0.8 / 6,209 = 0,13[см]

з) Расчёт радиуса пучка.                                         

Радиус пучка рассчитывается по формуле:

где Кз - коэффициент заполнения.

В реальных условиях при фокусировке магнитным полем пучок всегда пульсирует, по­этому величина b является средним радиусом пучка. Обычно Кз выбирается из значений Кз = 0.5 ¸ 0.8. Выбираем Кз = 0,7 тогда :

b= Кз*a=0.7*0,13=0.09

и) Определяем плотность тока луча.

јл = I0 / π·b2 =1,58/ 0,025=63  [А/см2]

к)  Выбор коэффициента сходимости.

Для пушки со сходящимся потоком этот коэффициент выбирается из интервала -1.8..-2.4 предваритель­ное значение коэффициента сходимости Ак, который является тангенсом угла наклона оги­бающей потока на катоде. Так как значение плотности тока в пучке сравнительно мало , то выбираем: Ак = - 2,1

л)  Выбор коэффициента превышения магнитного поля над бриллюэновским.

Для области пролетного канала выбираем значение коэффициента превышения магнитного поля над бриллюэновским Nбр на интервала 1,3—1,7 Выбираем N6p = 1.5

Похожие материалы

Информация о работе