Современные ЭОС мощных клистронов и методы их расчета (обзор литературы).

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

Т е м а : _Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона. _____________________

 

Исполнитель _Скоробогатова Наталия Викторовна_________________

Группа _ВФТ-3-96_, шифр _961073_.

 

Руководитель проекта _проф. Невский П.В.______________ . .2002 г.

Консультант по теме _проф. Невский П.В._______________ . .2002 г.

Консультант по организационно-экономической

части _к.э.н., доц. Батищева И.М.______________________ . .2002 г.

Консультант по экологии и безопасности

жизнедеятельности _доц. Самгин Э.Б.___________________ . .2002 г.

Консультант по ________________________________________________

______________________________________________________________.

Рецензент __________________________________________ . .2002 г.

 

 

М О С К В А – 2002.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

 

Кафедра  Электронные приборы .

“У Т В Е Р Ж Д А Ю ”

Зав. кафедрой                                 .

“   ”                          20___ г.

 

З А Д А Н И Е

на дипломное проектирование

 

Дипломник  Скоробогатова Наталия Викторовна  Шифр  961073 .

Факультет   электроники , Форма обучения             вечерняя        .

Специальность  071500 , Группа  ВФТ-3-96 .

 

1. Тема дипломного проекта Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона.______________________________________

____________________________________________________________________.

 

2. Исходные данные к проекту Анодное напряжение – 52 кВ; Количество электронных лучей – 40; Расположение электронных лучей: диаметр 84 – 21 луч, диаметр 64 - 19 лучей; Диаметр пролетного канала 6,5 – 8 мм; Суммарный первеанс » 20 ´ 10^-6 А/В^3/2; Диаметр катода – 8,6 мм. ______________________.

3. Перечень вопросов, подлежащих разработке в специальной части проекта 1. Оптимизация размеров электронной пушки; 2. Исследование влияния амплитуды магнитного поля на конфигурацию электронного луча; 3. Исследование влияния амплитуды поля в отдельных реверсах на конфигурацию электронного луча; 4. Оптимизация всей электронно-оптической системы.___

4. Задание по организационно-экономической части проекта 1. Блок-схема работы по теме. 2. Организация процесса разработки. 3. Себестоимость и цена оптимизированной системы. 3. Экономические результаты проведенной оптимизации.________________________________________________________

5. Задание по экологии и безопасности жизнедеятельности: Разработать технические мероприятия обеспечивающие безопасность труда при настройке устройства._________________________________________________________

 

6. Задание по ____________ ___________________________________________

                                                                                                                                   .

7. Перечень графических материалов

Устройство исходного варианта электронно-оптической системы и результаты расчета конфигурации электронного луча в нем - 1лист;_________

Оптимизация электронной пушки – 2 листа; ______________________________

Конфигурация электронного луча при различной амплитуде магнитного поля – 1 лист; ________________________________________________________

Конфигурация электронного луча при различной амплитуде магнитного поля в различных реверсах – 1 лист; ___________________________________________

Оптимизированная электоронно-оптическая система прибора – 1 лист. ______

8. Руководитель и консультанты проекта

Руководитель и консультанты	Должность в МИРЭА	ФИО	Подпись
Руководитель проекта	Профессор	Невский П.В.
Консультант по теме	Профессор	Невский П.В.
Консультант по организационно-экономической части	К.э.н., доцент	Батищева И.М.
Консультант по экологии и безопасности жизнедеятельности	Доцент	Самгин Э.Б
Консультант по

 

9. Календарный график работы над дипломным проектом

Степень готовности проекта	К какой дате
25%	15.01.2002 г.
50%	28.02.2002 г.
75%	15.04.2002 г.
100%	31.05.2002 г.

Задание принял к исполнению “  ”                          20___ г.

Дипломник                                             (подпись)

Руководитель                                          (подпись)

 

Реферат.

В последние годы широкое распространение получили многолучевые конструкции пролетных клистронов. Их основное преимущество заключается в том, что первеанс электронного потока в них может быть увеличен в 10 и более раз. Это позволяет в 2 – 3 и более раз уменьшить анодное напряжение прибора при сохранении его выходной мощности.

Для уменьшения веса магнитных фокусирующих систем многолучевых клистронов часто используется реверсная магнитная фокусировка. Проектирование многолучевой фокусирующей системы с реверсным магнитным полем представляет собой сложную задачу электронной оптики. Разработка современных программ расчета ЭОС на компьютерах значительно облегчило решение задачи о расчете и оптимизации таких фокусирующих систем.

Основной целью данной работы является исследование и оптимизация реверсной магнитной фокусирующей системы для многолучевого клистрона КИУ – 147.

Основные параметры исследуемой ЭОС:

Анодное напряжение – 52 кВ;

Количество электронных лучей – 40;

Диаметр пролетного канала 6,5 – 8 мм;

Суммарный первеанс » 20 ´ 10^-6 А/В^3/2;

Количество реверсов – 2;

Диаметр катода – 8,6 мм.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Реферат

…………………..…………………………………………….

4

Содержание

……………………………………………………………

5

Условные обозначения

……………………………………………….

7

Введение

………………………………………………………………..

8

1. Современные ЭОС мощных клистронов и методы их расчета

(Обзор литературы)

………………………………………………...

10

1.1. Многолучевые ЭОС, как один из этапов развития мощных

клистронов

……………………………………………………………..

10

1.2. Современные методы фокусировки электронных потоков в

мощных клистронах

………………………………………………….

12

1.2.1. Электронная пушка мощного клистрона

……………….

12

1.2.2. Реверсная фокусировка электронных потоков

………...

13

1.3. Современные методы расчета ЭОС мощных клистронов

…...

17

1.3.1. Расчеты ЭОС методом синтеза

………………………….

17

1.3.2. Расчеты ЭОС методом анализа

………………………….

19

1.4. Способы измерения реальных магнитных полей в мощных

клистронах

……………………………………………………………..

23

1.5. Постановка задачи

…………………………………………….

25

2. Современные программы проектирования ЭОС и их использование для расчета и оптимизации реверсной магнитной

фокусирующей системы мощного клистрона

……………………….

27

2.1. Программа «Синтез», созданная на основе использования

теории В.Т. Овчарова

………………………………………………...

27

2.2. Программа «Алмаз» по расчету ЭОС методом анализа

…….

39

2.3. Расчет существующего варианта ЭОС прибора КИУ-147

….

44

2.4. Расчет и оптимизация электронной пушки

………………….

47

2.5. Расчет и оптимизация распределения магнитного поля в

системе. Оптимальный вариант построения ЭОС

………………….

53

3. Организационно – экономическая часть проекта

………………..

67

3.1. Блок-схема работы по теме

…………………………………..

67

3.2. Организация процесса разработки

…………………………...

69

3.3. Себестоимость и цена оптимизированной системы

………...

72

3.4. Экономические результаты проведенной оптимизации

…….

75

4. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность труда

при настройке устройства

…………………………………………….

77

4.1. Анализ условий труда на рабочем месте

…………………….

77

4.2. Освещение рабочего места

…………………………………….

78

4.3. Опасность поражения электрическим током

………………...

81

4.4. Меры защиты от СВЧ – излучения

…………………………...

83

4.5. Температура, влажность, давление

…………………………...

87

4.6. Требования к уровням шума и вибрации

………………….…

87

4.7. Пожарная безопасность

……………………………………….

88

Заключение

……………………………………………………….…….

91

Список литературы

…………………………………………………...

93

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ЭОС – электронно-оптическая система;

РФС – реверсная фокусирующая система;

РЛС – радиолокационная станция;

ЛБВ – лампа бегущей волны;

В – индукция магнитного поля;

U – потенциал;

r – плотность пространственного заряда;

x ₀ – диэлектрическая постоянная;

R – константа Холла;

R _кр – радиус кривизны катода;

Р _m – микропервеанс электронного потока;

S – линейная сходимость электронного потока;

b – коэффициент заполнения пролетного канала электронным потоком.

Введение.

В последние годы широкое распространение получили многолучевые конструкции пролетных клистронов. Их основное преимущество заключается в том, что первеанс электронного потока в них может быть увеличен в 10 и более раз. Это позволяет в 2 – 3 и более раз уменьшить анодное напряжение прибора при сохранении его выходной мощности.

Основным способом фокусировки электронных лучей в многолучевых приборах является использование однородного магнитного поля. Недостатком такого метода фокусировки является большой вес магнитной фокусирующей системы. Часто вес фокусирующей системы в несколько раз превосходит собственный вес клистрона. Одним из способов уменьшения веса магнитной фокусирующей системы является использование реверсной магнитной фокусировки.

Однако проектирование фокусирующей системы с реверсным магнитным полем представляет собою сложную задачу даже для случая однолучевой ЭОС. Однореверсная фокусирующая система обычно содержит два магнита (магнитных блока) направление намагниченности которых противоположно. Поэтому поля рассеивания каждых магнитов складываются с рабочим полем в зазоре. На заданной длине канала размещаются два магнита, каждый из них вдвое меньше по габаритам, чем однонаправленное поле. Поэтому масса РФС будет примерно в четыре раза меньше, чем у системы с однонаправленным полем.

Можно показать, что использование реверсной магнитной системы позволяет в (n + 1)² раз уменьшить вес системы по сравнению со случаем использования однородного магнитного поля (n – число реверсов). Протяженность зоны реверса в практических конструкциях приблизительно равно диаметру отверстия в полюсном наконечнике, она соизмерима с длиной волны пульсации электронного пучка в пролетном канале. При прохождении зоны реверса пучок оказывается под воздействием магнитного поля много меньшего, чем необходимо для существования равновесного пучка. Баланс сил нарушается и пучок начинает расширяться. Но это расширение кратковременно, так как поле опять быстро нарастает до заданного значения. Пучок не успевает сильно расширится, но электроны успевают приобрести радиальную составляющую скорость. Следовательно, после прохождения зоны реверса пучок начинает сильно пульсировать. Уменьшить амплитуду этих пульсаций можно, если пучок заставить пульсировать до зоны реверса, а фазу пульсации подобрать такой, чтобы при подходе к зоне реверса пучок был бы сходящимся. При многореверсной фокусировке такую фазу пульсаций необходимо обеспечить вблизи каждой зоны реверса. Это обстоятельство приводит к тому, что проектирование ЭОС представляет собой решение сложной электронно - оптической задачи.

При проектировании многолучевой ЭОС с реверсной магнитной фокусировкой задача усложняется тем, что необходимо обеспечить отсутствие насыщения магнитомягкого полюсных наконечников в перемычках между соседними пролетными каналами. Это необходимо для того, чтобы не допустить нарушение аксиальной симметрии магнитного поля в каждом отверстии полюсного наконечника многолучевой системы.

Проектирование реверсной магнитной фокусирующей системы для многолучевого клистрона (количество электронных лучей - 40) и является основной целью данной работы. В дипломной работе проводится расчет электронной пушки, исследуется влияние амплитуды магнитного поля в отдельных реверсах на конфигурацию электронного луча и проводится оптимизация всей ЭОС.

Современные ЭОС мощных клистронов и методы их расчета (обзор литературы).