Расчет геометрии замедляющей системы

Содержание

 

Введение

1 Расчетная часть

1.1 Расчет геометрии замедляющей системы

1.2 Расчет дисперсионной характеристики и сопротивления

связи

1.3 Расчет геометрии рабочих параметров вывода и ввода энергии

1.4 Расчет величины индуктивности фокусирующего магнитного поля

Заключение

Список литературы

Приложение

 

 

Введение

 

Лампа бегущей волны - электровакуумный СВЧ прибор, работа которого основана на длительной бегущей электромагнитной волне и электронного потока, движущийся в одном направлении. ЛБВ предназначена для широкополосного усиления СВЧ колебаний в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц, а так же для преобразования умножения частот и других целей.

Основными частями лампы бегущей волны являются: электронная пушка для создания и формирования электронного потока; замедляющая система, снижающая скорость бегущей волны вдоль оси ЛБВ до скорости, близкой к скорости электронов, для синхронного движения волны с электронным потоком (обычно используется металлическая спираль, жестко закрепленная продольными диэлектрическими опорами и отличающаяся слабой зависимостью скорости бегущей вдоль неё волны от частоты, благодаря чему достигается эффективное взаимодействие волны с электронным потоком в широкой полосе частот); фокусирующая система (периодическая система постоянных магнитов, соленоид или др.) для удержания магнитным полем электронного потока в заданных границах поперечного сечения по всей его длине; коллектор для улавливания электронов; ввод и вывод энергии электромагнитных колебаний; поглотитель энергии колебаний СВЧ на небольшом участке замедляющей системы для устранения самовозбуждения ЛБВ из-за отражений волн от концов замедляющей системы. Усиление СВЧ колебаний в ЛБВ происходит следующим образом: ускоренные в электронной пушке электроны влетают в пространство взаимодействия замедляющей системы. В это же пространство через ввод энергии усиливаемые СВЧ колебания. При определенной конфигурации металлических элементов замедляющей системы электрическое поле волны в пространстве взаимодействия имеет составляющую, направленную вдоль оси прибора, с которой и происходит взаимодействия электронов. В замедляющей системе осуществляется синхронизм электронов и волн.

В результате взаимодействия с электрическим полем бегущей волны тормозятся или ускоряются в зависимости от фазы электрического поля, при этом происходит модуляция электронного потока по плотности: образование сгустков, сопровождающаяся возбуждением в замедляющей системе электромагнитного поля, тормозящего электроны в пучке. При торможении электроны отдают свою энергию, увеличиваю поля волны, то есть, усиливая входной сигнал.

В зависимости от длины волны к ЛБВ малой мощности обычно относятся ЛБВ с выходной мощностью до 1-10 Вт.

 

 

Расчетная часть

Расчет геометрии замедляющей системы

 

Выбираем условный угол пролета ξа в заданных пределах 1,6 1,8 . Расcчитываем средний радиус спирали замедляющей системы по формуле:

 

,(1.1)

гдеа - средний радиус спирали , см;

 - длина волны, соответствующая середине рабочего диапазона, см;

 - ускоряющее напряжение, В.

Длина волны , соответствующая середине рабочего диапазона определяется по формуле:

 

,(1.2)

 

(см),

 

тогда

 

 (см).

 

Рассчитываем шаг спирали, используя формулу имеющую следующий вид:

,(1.3)

 (см).

 

Используя соотношение , определили величину диаметра проволоки. Радиус проволоки выбирают малым по сравнению с шагом спирали для получения наибольшего поля, взаимодействующего с электронным потоком, поэтому

 

 (см)(1.4)

 

Выбираем ближайший стандартный диаметр проволоки  см.

Определяем радиус внешнего проводника (экрана) замедляющей системы из соотношения:

 

,(1.5)

 

Принимаем =1,5 (см).

Рабочая длина замедляющей системы рассчитывается из выражения:

 

,(1.6)

 

где  - коэффициент усиления по мощности,

С - параметр усиления.

 

,(1.7)

 

где W – волновое сопротивление, Ом;

- ток системы, А.

Выбираем отношение радиуса потока к среднему радиусу спирали замедляющей системы:

 

,(1.8)

которое определяет наибольшее взаимодействие электронного потока с продольной составляющей .

 

Находим волновое сопротивление:

 

 (Ом),

 

гдес - скорость света в вакууме, см/с;

 - скорость электрона, см/с.

 

Величина плотности тока катода для малошумящих ламп меньше значений , поэтому ток системы:

 

,(1.9)

 

Выбираем плотность тока (мА/см²)

Радиус электронного потока:

(см),

 

тогда ток электронного потока:

 

 (A).

 

Найденные значения W и  определяют следующую величину параметра усиления:

 

 

Определяем величину : используя характеристическое уравнение, записанное для решения методом основ  находим величину параметра А:

 

,(1.10)

 

где параметр объемного заряда 4Q при выбранных значениях  и  равен 7,2, тогда определяем величину .

 

,(1.11)

 

где  - параметр расталкивания, рассчитанный по формуле:

,(1.12)

где  - собственная частота колебаний электронного потока бесконечного сечения,

 

,(1.13)

(Гц).

 

Тогда

 

=0,011

 

Подставляя величины 4Q,  и  в выражение для  получим:

 

,

 

тогда

 

,

 

.

Подставляем значения  в уравнение, получаем:

.(1.14)

Первый корень уравнения =-0,12, , второй и третий корень находится из выражения:

 

.(1.15)

Определим параметр  по формуле:

 

,(1.16)

.

 

Используя величину  получим искомое значение для величины :

 

,(1.17)

.

 

Теперь

.

 

Протяженность активной части системы до поглощения:

 

,(1.18)

 (см).

 

Протяженность поглотителя выбираем равной (см), тогда общая длина замедляющей системы при определении  (см):

 

,(1.19)

 (см).

 

Угол подъема спирали:

.(1.20)