Техника СВЧ
Информация - Радиоэлектроника
Другие материалы по предмету Радиоэлектроника
асходоваться на потери в самом резонаторе. При КПД резонатора около 95 % это будет снижать выходной КПД по сравнению с электронным еще на 3-4 %.
Таким образом, с учетом потерь в выходном резонаторе и потерь на самовозбуждение во входном резонаторе, необходимо спроектировать клистрон со следующими данными :
КПД прибора 60-65 %
электронный КПД выходного зазора 63 %
КПД контура выходного резонатора 94-95%
входного резонатора 2-3 %
При этом общий электронный КПД преобразования мощности электронного потока в СВЧ мощность ( в дальнейшем общий электронный КПД) должен быть е=65-66%
4. ДВУХРЕЗОНАТОРНЫЙ КЛИСТРОН С РЕЗОНАТОРОМ "0" ВИДА И С 13
5. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В ШИРОКОМ ЗАЗОРЕ
Электронные процессы в зазоре расiитываются с помощью ЭВМ . Однако целесообразно эти раiеты сравнить с аналитическими формулами, что бы в дальнейшем:
1) Ввести поправки к указанным формулам для проведения предварительных оценочных раiетов
2) Анализируя проведенные раiеты глубже понять физические процессы
Были исследованы электронные процессы во входном широком зазоре протяженностью d1 =618 мм при параметрах ЭОС: U0=8 кВ, Р=0.30 мкА/В3/2 , 2а=3.5 мм., b=1.05 мм., b/a=0.6. Переменное напряжение на резонаторе изменялось в пределах 1=1.12.4.
Как известно при широких зазорах и больших амплитудах взаимодействие поля с электронами имеет свои особенности. В частности электронная проводимость и коэффициент электронного взаимодействия обращаются в нуль при некоторых углах пролета. В [15] активная составляющая электронной проводимости описывается выражением:
где
Решение уравнения: Ge/Go=0 дает корни 1=2, 2=2.86
Проведем раiет соответствия между шириной зазора и углом пролета для данной ЭОС:
где d измеряется в метрах.
Таким образом углу пролета равному =2 соответствует ширина зазора, равная 21.6 мм.
Раiеты проведенные на ЭВМ дают значение, при котором электронные КПД и ток I1max/I0 обращается в ноль, равное примерно 19 мм рис.3.6. При этом видно, что ширина зазора d1 при которой е = 0 при увеличении амплитуды 1 смещается вправо. Но амплитуда смещения небольшая и равна 0.4 мм. Это составляет 2.1% от ширины зазора при изменении амплитуды 1 от 0.5 до 2.4. Поэтому в первом приближении можно пренебречь этой зависимостью и принять, что углу пролета равному 2 соответствует ширина зазора равная 19 мм.
Также было замечено, что при увеличении диаметра канала точка нулевого КПД смещается влево. На рис.3.6 представлена одна кривая соответствующая диаметру пролетного канала 2а=5.5 при 1 = 0.5 и прочих равных условиях. Это смещение можно объяснить, тем, что при более широком канале увеличивается провисание поля в канале и электроны взаимодействуют с полем на большем протяжении.
На этом же рисунке представлены кривые КПД еще для двух значений микропервианса Р=0.2 мкА/В3/2 и Р=0.4 мкА/В3/2 . Большему значению первианса соответствует семейство смещенное влево. Это смещение можно объяснить, вероятно влиянием плотности тока и провисания напряжения в канал на эффективный угол пролета. При небольшом первеансе такое сокращение угла определяется тем, что действующая величина зазора больше расстояния между краями пролетных труб на два участка , соответствующих провисанию поля в каналы. При увеличении первеанса увеличивается провисание потенциала в зазоре вследствии увеличения пространственного заряда. Поэтому эффективный угол пролета увеличивается. Увеличение первеанса на 0.1мкА/В3/2 вызывает смещение точки соответствующей Gе=0 при 2 на 0.8 мм. Повышение от 1.2 до 2 сдвигает указанную точку вправо примерно на 0.3 , т.е. влияет в меньшей степени.
Второй раз электронный КПД обращается в ноль при d1 =23 мм, что соответствует углу пролета =2.86 . Видно что как и в предыдущем случае величина d1 при которой КПД=0 слабо зависит от 1 и этим в первом приближении можно пренебречь.
Учитывая, что электронная проводимость однозначно связана с электронным КПД формулой :
то очевидно, что зависимости е() и Ge/Go() имеют одинаковую форму, но с учетом минуса перевернуты. Поэтому точки в которых Ge/Go=0, соответствуют точкам в которых е =0.
Кроме выше названных двух точек 1=0 и 1=2.86 на рис.2.1 видны еще две характерные точки. Это точки экстремумов электронной проводимости Ge/Go. Первая точка лежит в районе =, вторая в районе =2.5. Для нахождения этих точек надо продифференцировать Ge/Go.
Воспользуемся выражением, приведенным в [16].
отсюда:
Для нахождения экстремума приравняем производную к нулю .Решением этого уравнения являются корни : =1.116 и =2.394
Теперь можно соотнести теоретически расiитанные точки с результатами численных раiетов на рис.3.7(а,б). Точке =1.116 соответствует зазор шириной d =10 мм, а точке =2.394 соответствует зазор с d =21.5 мм. Результаты сведены в таблице 3.2. В первом столбике
Таблица 3.2.
5.1. Раiет клистрона с резонатором тАЬ"-типа
5.1.1. Раiет входного резонатора
Формулирование цели раiета
Раiет клистрона в целом целесообразно разделить на два этапа:
Раiет процессов связанных с входным резонатором
Раiет прибора в целом
Такой подход позволяет сократить время раiетов и лучше понять суть происходящих физических процессов.
Функцией цели при раiете входного резонатора является максимум первой гармоники конвекционного тока I1max/I0 , при электронном КПД первого резонатора е12 не менее 2-3%. Из опыта известно , что для получения электронного КПД в выходном зазоре е3 около 60-65%