2.5. Проектирование многорезонаторного клистрона
В данном разделе реализуется заключительной этап методики восходящего проектирования, при котором на верхнем уровне проектирования сложного объекта используются результаты, полученные при проектировании отдельных блоков на более низких иерархических уровнях (Рис.8). Многорезонаторный клистрон был условно разделен на линейный группирователь, нелинейный группирователь и выходной резонатор.
Резонансные частоты резонаторов линейного группирователя определяются из требуемой величины напряжений на их зазорах и подбираются при проектировании линейного группирователя.
По
известным напряжениям Ui
углы расстройки резонаторов определяются
из соотношения
.
Эти
расстройки на частоте f,
неравной f0i
приводят к появлению реактивной
проводимости Bi,
откуда при fcp
+ f0i
≈
2f0i
по известным pi
можно определить частоты
.
Мощность, выделяемая электронным потоком
в выходном контуре, определяется
соотношением
.
Мощность,
поступающая в нагрузку,
,
где
- КПД контура ;
- эквивалентная проводимость выходного
резонатора, GpN
- проводимость холодного резонатора,
Ge
- электронная проводимость. GэN
- определяется из условия, что на fcp
амплитуда напряжения на зазоре выходного
резонатора удовлетворяет соотношению
,
тогда, учитывая, что
,
получим:
.
При проектировании на выходные параметры: Рвых, , Кр и f -накладываются следующие ограничения:
,
,
,
где величина с индексом “ ТТ” является требуемой (из технического задания).
Внутренними параметрами являются N, I0, a, b, d, , Qx, Qi, fi, li, где I - номера каскадов. Из них управляемые - число резонаторов N и длины пролётных труб li с прямым ограничением N<7 и функциональным ограничением li > lN-1.
Внешние параметры - это Pвх, f, U0. Проектирование многорезонаторного клистрона происходит по алгоритму, блок-схема которого представлена на Рис.8.
По результатам расчета строится зависимость первой гармоники конвекционного тока от длины.
Исходный вариант считается с оптимальными длинами пролетных труб.
м
Оценка
полученных результатов в соответствии
с условиями работоспособности 16000(Вт)<=
Pвых
<=23000 (Вт), КР=42±5(Дб)
и ограничениями на управляемые параметры,
,
Li
>=3.566(см)
1100001001
Проектирование многорезонаторного клистрона
Исходные данные
Номер варианта данных 1
Число резонаторов nr=5. Число резонаторов линейн. группироват. nrl=2.
Число лучей nl= 1.Средн. частота f0= 3659.(МГц) Полоса пропускания df= 0.(%).
Ускор.напряжение u0= 18810.(В).Полн.ток i0= 1.568(a).Выход.мощн.pv=16000.(Вт)
Коэф.усиления kp=42.(Дб).Рад.пролет.трубы a= .266(см). Рад.пучка b= .159(см).
Шир.зазора резонатора d= .266(см).Характеристич. сопротивление r0=255.(oм).
Хол. добротн. резонаторов нелин. группироват. qxn= 300.
Добротн.1-го резонатора лин. группироват. qx1= 130.. Частота fr1= 3557.(МГц)
Добротн.2-го резонатора лин. группироват. qx2= 140.. Частота fr2= 3585.(МГц)
Нормированные параметры
Микропервеанс= .608(мкА/В**3/2)
g=w/v0= 2.69807(1/см) g*b= .45058 g*a= .75006 g*d= .75006 m= .87435
Результаты проектирования на частоте fср.
_____________________________________________________________________________
Управляемые параметры : Выходные параметры
_____________________________________________________________________________
nвар.: nr : Pвх. : l : Pвых. : kp : КПД : Примечание
: : : (bт) : (см) : (Вт) :(дБ): (%) :
_____________________________________________________________________________
1 5 1.136 22.4 21617. 42 65 оптим. трубы
2 5 1.136 23.0 17571. 41 53 оптим. трубы
Условия работоспособности:18000.(Вт)<=Pвых<=23400.(Вт) ,kp= 42+-5 (дБ).
Ограничения на управляемые параметры: nr<=7,li>= 3.901(см)
Группирователь n 1
um/uo= .00872 l1= 7.20449(см) fr1= 3557.43(МГц) fr1/f0 = .99620
Продольн. расст z(cм) : .000 : 1.441 : 2.882 : 4.323 : 5.764 : 7.204 :
_____________________________________________________________________________
Конвекц. ток i1/i0 : .000 : .012 : .022 : .030 : .036 : .038 :
Группирователь n 2
um/uo= .06016 l2= 6.31659(см) fr2= 3584.57(МГц) fr2/f0 = 1.00380
Продольн. расст z(cм) : 7.204 : 8.468 : 9.731 : 10.994 : 12.258 : 13.521 :
_____________________________________________________________________________
Конвекц. ток i1/i0 : .038 : .116 : .196 : .264 : .314 : .343 :
Группирователь n 3
um/uo= .11142 l3= 5.50087(см) fr3= 3675.57(МГц) fr3/f0 = 1.02928
Продольн. расст z(cм) : 13.521 : 14.621 : 15.721 : 16.822 : 17.922 : 19.022 :
_____________________________________________________________________________
Конвекц. ток i1/i0 : .343 : .493 : .631 : .747 : .835 : .893 :
Группирователь n 4
um/uo= .26519 l4= 3.98693(см) fr4= 3686.14(МГц) fr4/f0 = 1.03224
Продольн. расст z(cм) : 19.022 : 19.819 : 20.617 : 21.414 : 22.211 : 23.009 :
_____________________________________________________________________________
Конвекц. ток i1/i0 : .893 : 1.104 : 1.282 : 1.416 : 1.510 : 1.573 :
электронный КПД=78.628% КПД контура =67.820%
полный КПД=53.325% выходная мощность pv= 15570.750(Вт)
Результаты проектирования в полосе частот
Результаты проектирования в полосе частот
pv(Вт)
16122.4 ! *
15115.2 ! ************* *************
14108.0 ! ! ***** ****
13100.8 ! *** ****
12093.6 ! *** ***
11086.4 ! *** ! ! ***
10079.2 ! ** *
9072.0 !**
8064.8 * - ! - - - - - ! - -
7057.6 !
6050.4 !
56043.2 ! ! !
4036.0 !
3028.8 !
2021.6 ! ! !
1014.4 !
900.2 !
.0 !-----+-----!-----+-----+-----+-----+-----+-----!-----+-----+
.994 .995 .996 .998 .999 1.000 1.001 1.002 1.004 1.005 1.006 f/f0