Оптимизация параметров клистронного резонатора, работающего на высших видах колебания

Параметры многолучевых приборов. Конструкция и параметры резонаторных систем. Достоинства и недостатки многоканальных и кольцевых резонаторов. Однозазорные тороидальные клистронные резонаторы с упаковкой пролетных каналов в единой пролетной трубе.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

Реферат

Задание на курсовую работу

Расчетная часть

Первый вид колебаний

Второй вид колебаний

Третий вид колебаний

Расчет однозазорного многолучевого резонатора на высших типах колебаний

Расчет характеристик многолучевого резонатора на первом типе колебаний

Расчет характеристик многолучевого резонатора на втором типе колебаний

Расчет характеристик многолучевого резонатора на третьем типе колебаний

Заключение

Библиографический список



Введение

В настоящее время для промышленности требуются усилительные приборы большей мощности с большим коэффициентом полезного действия. Чтобы достичь высокого КПД необходимо разрабатывать более сложные конструкции. Простым решением этой задачи является применении многолучевых конструкций прибора таких как: многолучевой клистрон и клистрод и т.д.

Выходные параметры многолучевых приборов существенно зависят от конструкции и параметров резонаторных систем. В мощных многолучевых приборах используется несколько электронных пучков, каждый из которых распространяется в своем индивидуальном пролетном канале. Примером таких систем могут служить обычные однозазорные тороидальные клистронные резонаторы с упаковкой пролетных каналов в единой пролетной трубе.



Реферат

Будем рассматривать многоканальный резонатор с плотной упаковкой пролетных труб. Общая многоканальная труба с радиусом , образована отдельными, примыкающими друг к другу пролетными трубами с внешним радиусом r₁ и внутренним радиусом а. Число таких трубок- N _t при их концентрической укладке относительной центральной трубы в i круговых кольцах со средним радиусом r_i будет определяться соотношением:

(1)

где - число круговых колец.

Суммарное число трубок (лучей), включая центральную трубу, найдем из следующего выражения:

(2)

Относительный внешний радиус общей многоканальной трубы найдем из очевидного выражения:

(3)

Исключая число слоев из формул (2) и (3) находим новое соотношение:

(4)



Рис.1. Общий вид многоканального резонатора и вид упаковки труб.

Многоканальный резонатор, работающий на высших типах колебаний

Рис.2. Многоканальный резонатор, работающий на высших типах колебаний.

На Рис.2 схематически изображены резонаторы, работающие на высшем типе колебаний Е₀₂₀. В простейшем случае это свернутый в кольцо волновод, образующий таким образом резонатор, по периметру которого укладывается N число полуволн (часто N=6). В пучностях электрического поля резонатора устанавливаются N емкостных выступов, через которые проходят электрические пучки и где они взаимодействуют с полем.

К недостаткам резонаторов на высшем виде колебаний относится малое характеристическое сопротивление, определяющее полосу усиливаемых частот, которая оценочно близка к полосе аналогичного однолучевого прибора с тем же напряжением и в N раз меньшим током. Таким образом, на высшем виде колебаний такой резонатор можно рассматривать как своеобразный сумматор мощности активного типа.

Резонаторы на высшем виде колебаний имеют преимущество в тех случаях, когда необходимо получить максимально возможную мощность при минимальной величине напряжения анода.

Кольцевой резонатор

Рис.3. Кольцевой резонатор.

Достоинством кольцевых резонаторов на высшем виде колебаний является возможность обеспечения при неплотном расположении электронных пучков более благоприятных условий для рассеивания тепла, выделяющегося на пролетных трубах. Еще одно достоинство, которое также обусловлено неплотным расположением пучков, заключается в возможности обеспечения большой сходимости пучков в парциальных пушках, что позволяет разгрузить катоды. Как следствие, это повышает долговечность прибора.



Задание на курсовую работу

Целью работы является: расчет и оптимизация многолучевых резонаторов на высших типах колебаний.

Исходные данные:

1) Средняя частота в полосе усиления 2700 МГц;

2) Выходная мощность 2 кВт;

3) Ускоряющее напряжение U₀ = 5,104 кВ.

Аннотация: в работе проведен расчет и оптимизация многолучевых резонаторов на высших типах колебаний при заданной частоте 2700 МГц и ускоряющим напряжением 5,104 кВ.

Ключевые слова: КЛИСТРОН, РЕЗОНАТОР, ЗАЗОР, ПУЧЕК, МОЩНОСТЬ, МНОГОЛУЧЕВОЙ.

Abstract: We performed calculation and optimization of multibeam resonators on the highest types of fluctuations is carried out at the set frequency of 2700 MHz and target tension of 5,104 kV.

Key words: klystron, cavity, gap, the beampower, multi-beam.



Расчетная часть

Находим высоту резонатора

h = 0.15·? , (5)

? = , (6)

h = 0.15·111,1 = 16,6 (мм) .

1. Находим диаметр и радиус резонатора

? = 1,307D , (7)

D = (мм),

r = D/2 = 42,5 (мм).

Строим в программе AZIMUT контур резонатора и вычисляем его характеристики для 3 видов колебаний E₀₁₀, E₀₂₀ и E₀₃₀

Первый вид колебаний

Рис.4. Контур резонатора, работающего на E₀₁₀ - виде колебаний, при частоте 2700МГц.



Рис. 5. Расчет собственной частоты для первого вида колебаний при полученных размерах резонатора.

Находим погрешность частоты:

?F = ()·100 = , (8)

Получаем распределение полей в резонаторе:

Рис.6. Карта силовых линий электрического поля.



Рис.7. Вид колебаний E₀₁₀ в резонаторе.

Второй вид колебаний

Рис.8. Контур резонатора, работающего на E₀₂₀ - виде колебаний, при частоте 2700МГц.

Рис. 9. Расчет собственной частоты для второго вида колебаний при полученных размерах резонатора.

Находим погрешность частоты:

?F = ()·100 = .

Получаем распределение полей в резонаторе:

Рис.10. Карта силовых линий электрического поля.



Рис.11. Вид колебаний E₀₂₀ в резонаторе.

Рассчитываем экстремумы функции:

Рис.12. Результаты аппроксимации.

Исследование функции: Y(x)=(2.5936728*10^(-32))*x^9+(4.5331061*10^(-16))*x^8-(5.3223061*10^(-28))*x^7-(1.3952141*10^(-11))*x^6+(3.6347619*10^(-24))*x^5+(1.6618138*10^(-7))*x^4-(9.1973021*10^(-21))*x^3-(8.106829*10^(-4))*x^2+(6.3295504*10^(-18))*x+0.9854488.

Нули функции: 4 Экстремумы: 3

X Y

96,97 min -66,79 -0.38

-42,01 max 0 0.99

42,01 min 66,79 -0.38

96,97

Определяем характеристическое сопротивление в экстремумах функции

Определяем добротность резонатора:

Третий вид колебаний

Рис.13. Контур резонатора, работающего на E₀₃₀ - виде колебаний, при частоте 2700МГц.

Рис. 14. Расчет собственной частоты для второго вида колебаний при полученных размерах резонатора.

Находим погрешность частоты:

?F = ()·100 = .

Получаем распределение полей в резонаторе:



Рис.15. Карта силовых линий электрического поля.

Рис.16. Вид колебаний E₀₃₀ в резонаторе.

Рассчитываем экстремумы функции:



Рис.17. Результаты аппроксимации.

Исследование функции: Y(x)=-(3.2530609*10^(-34))*x^9+(1.0515499*10^(-16))*x^8+(1.9531843*10^(-29))*x^7-(5.7529987*10^(-12))*x^6-(3.9888911*10^(-25))*x^5+(1.0355996*10^(-7))*x^4+(3.1151179*10^(-21))*x^3-(6.5296013*10^(-4))*x^2-(6.9545777*10^(-18))*x+0.9208957

Нули функции: 4 Экстремумы: 5

-97,99 X Y

-44,17 max -120,99 0.34

44,17 min -70,31 -0.41

97,99 max 0 0.92

min 70,31 -0.41

max 120,99 0.34

Определяем характеристическое сопротивление в экстремумах функции:

Определяем добротность резонатора:

Расчет однозазорного многолучевого резонатора на высших типах колебаний.

Найдем величину пролетного канала ?a. Для этого воспользуемся следующей формулой:

, (11)

где J₀ и I₀ - функции Бесселя нулевого порядка, а I₁ - функция Бесселя первого порядка.

, (12)

, (12)

Где = 1.5; = 0.8; = 0.8.

С помощью программы MathCAD получим, что ?a = 0.55.

Найдем величину a по формуле:

, (13)