Техника СВЧ (стр. 4 из 10)
 |
 |
 |
а) Однорезонаторный клистрон с резонатором "p" - вида с q1»3/2p.  |
ооо
б) Однорезонаторный клистрон с резонатором "0" - вида с q1»3p.
 |
в) Двухрезонаторный клистрон с q1»2p.
Рис.2.14. Клистроны с широкими входными зазорами, разработанные ранее
Мощность этого прибора Р=4 кВТ при напряжении U0=4 кВ. КПД прибора 52.4% при следующих параметрах d1=18 мм., x1=2.5, x2=1.5, L12=16.5 мм., В=2Вбр.
2.3.3. Двухрезонаторный двухзазорный клистрон с q1»3p.
Третий прибор является двухрезонаторным, но по прежнему с двумя пространствами взаимодействия (рис.2.14.в). Этот прибор отличается от предыдущих наличием глухой стенки между зазорами. Это приводит к тому, что первый зазор должен самовозбуждаться, т.е. работать в монотронном режиме. Вместе с тем наличие стенки позволяет практически исключить влияние нагрузки на генерацию колебаний. Как и в предыдущем случае поле в первом зазоре является неравномерным, что повышает эффективность работы.
Мощность этого прибора Р=20 кВТ при напряжении U0=8 кВ. Первый зазор имеет угол пролета q1»2.8p. Суммарный КПД двух зазоров hеå=57%, в выходном зазоре КПД hе2=53%.
Отметим , что все приборы расcчитаны для различных многолучевых электронно-оптических систем, используемых в различных многорезонаторных клистронах.
2.3.4. Рассмотрение некоторых вариантов клистронов с “p“ - резонатором.
Схематическое изображение клистрона представлено на рис.3.16
Рассмотрим два лучших рассчитанных варианта.
Первый вариант имеет параметры:
d1=26.75 мм., d2=11 мм., d3=4 мм., x1=1.7, x2=-1.7, x3=1.25, L12=26.75 мм., L23=15.25 мм., B2/U0=140, f=-0.3253 .
При этих параметрах получаем результаты представленные в таб.3.4 вариант 1. Расчет проводился по вычислительной модели T.
Таблица 3.4.
Результаты расчета клистрона с "p"-резонатором
| № | Модель | I1max/I0 | Zopt | hе12 | hе3 | hеå |
| 1 | T | 1.6566 | 58 | 0.03096 | 0.621 | 0.652 |
| 2 | ST | 1.5838 | 56 | 0.059 |
Рис.3.15. Иллюстрация к выбору угла между током и напряжением
Рис.3.16. Схематическое изображение двухрезонаторного клистрона с резонатором "p" - вида с q1»3/2p.
Это лучший результат из всех вариантов для “p“- вида резонатора. Но при пересчете по более точной модели результат снизился. Для вычислительной модели ST результат приведен в таб.3.4 вариант 2. Как видно результаты существенно снизились, поэтому расчет с выходным зазором не проводился. Более тщательное исследование в окрестностях этого варианта по модели ST не проводился из-за больших затрат машинного времени на один вариант и низкого тока I1max/I0 .Второй вариант имеет параметры:
d1=15.5 мм., d2=11.5 мм., d3=4 мм., x1=1.5, x2=-1.5, x3=1.3, L12=27.5 мм., L23=15.25 мм., B2/U0=140, f=-0.2861. При этих параметрах получаем результаты представленные в таб.3.5 вариант 1. Расчет проводился по вычислительной модели T. Для подтверждения корректности результатов оптимальная точка была пересчитана по более точной модели ST (таб.3.5 вариант 2)
Таблица 3.5.
Результаты расчета клистрона с "p"-резонатором
| № | Модель | I1max/I0 | Zopt | hе12 | hе3 | hеå |
| 1 | T | 1.6307 | 60 | 0.027 | 0.6162 | 0.643 |
| 2 | ST | 1.6159 | 56 | 0.020 | 0.6314 | 0.651 |
Это является окончательным результатом. На рис.3.17 и 3.11. представлены ряд зависимостей для разных параметров клистрона вокруг оптимальной точки.
С учетом потерь в выходном резонаторе выходной КПД будет меньше электронного КПД третьего зазора hе3 .При КПД резонатора hр=0.95 (см. приложение) выходной КПД будет равен
h3=hе3*hр=0.6314*0.95=0.59983.
Рис.3.167(а). Зависимость максимума тока от амплитуды на втором зазоре
Рис.3.17.(б). Зависимости максимума тока I1max/I0 и КПД первого резонатора hе12 от расстояния между зазорами L12 
Рис.3.17.(в). Зависимость выходного КПД hе3 от амплитуды на выходном зазоре x32.4. Описание программы и выбор вычислительных параметров
Расчет клистрона в данном дипломном проекте проводился по программе разработанной на кафедре ЭП. В ней используется модель потока из дефформированных элементов и конечно-разностная схема расчета всех электрических полей. В приближении аксиальной симметрии электрических и магнитных полей программа позволяет:
- Моделировать реальное условие работы клистронов в динамическом режиме;
- Исследовать движение электронов от катода до их оседания на коллектор;
- Рассчитывать внешние статические электрические поля и поле пространственного заряда в системе электродов произвольной формы;
- Вычислять переменные электрические поля одно- и многозазорных резонаторов с произвольной формой поперечного сечения зазоров;
- Моделировать процесс возбуждения резонаторов электронным потоком и скоростную модуляцию электронов полями этих резонаторов;
- Исследовать работу клистрона в режиме заданных амплитуд и в самосогласованном режиме;
- Моделировать процессы в клистронах, имеющих резонаторы, настроенные на частоты, кратные входной частоте;
- Анализировать динамические процессы в многоступенчатых коллекторах с рекуперацией остаточной энергии электронов.
Уравнение движения контрольных электронов по продольной Z и радиальной R координатам решаются методами Рунге-Кутта. Скорость азимутального вращения v0 рассчитывается с использованием теоремы Буша. Поля высокочастотных зазоров определяются один раз в квазистатическом приближении при единичной разности потенциалов и при хранятся в отдельных массивах. Эти поля используются при вычислении наведенных токов в резонаторе по теореме Шокли-Рамо. Напряженности высокочастотных полей при подстановке в уравнения движения умножаются на амплитудные и временные множители. Амплитуды и фазы напряжений в самосогласованном режиме рассчитываются через наведенные токи и параметры холодных резонаторов. Составляющие внешнего неоднородного магнитного поля определяются по экспериментальным данным. Подробно программа описана в [13,14].