Область применения техники СВЧ

       На  рис.2.12 представлены кроме того результаты расчета взаимодействия этого же сгустка с полем зазора при q=1.6 для различных x_n в кинематическом приближении (кривая 5).

       На  рис.2.13 приведены зависимости x_n и h_е от q построенные по данным рис.2.12. Кривые 1-4 имеют тот же смысл. На этом рисунке нанесена кривая, соответствующая часто используемой оценке x_n=1/М, где М- коэффициент взаимодействия бессеточного зазора, которая расположена примерно на 0.1ниже кривой 4 при изменениях q от 1 до 2. На рис.2.13 воспроизведены также взятые из книги Варнека и Генара  кривая 5, выше которой появляются отраженные электроны и прямая 6, выше которой часть электронов выбрасывается из зазора назад. Заштрихованная между этими линиями область колеблющихся электронов совершенно не совпадает с соответствующей областью между кривыми 1 и 2. Это является следствием пренебрежения пространственным зазором и распределением скоростей. Учет распределения скоростей в рамках кинематического рассмотрения приводит к смещению вниз области колеблющихся электронов (кривые 7,8). Таким образом, часто применяемая оценка x_n=1/М близка к значениям, соответствующим h_еmax , однако физические причины, ограничивающие амплитуду напряжения на зазоре, другие. Это не первое появление колеблющихся или выбрасываемых назад электронов. Максимальная амплитуда устанавливается в режиме выбрасывания электронов из зазора назад в результате баланса энергии, отдаваемой быстрыми электронами и отбираемой электронами, получившими возвратное движение. С этой точки зрения о качестве группирования следует судить не по скорости самого медленного электрона, а по усредненному значению определенной части медленных электронов. Зависимость h_е от q можно считать пропорциональной М^3/2, отклонение при этом не превышает 1%. Выше сказанное позволяет предложить новое выражение показателя качества, позволяющего оценивать качество группирования и электронный КПД

      

где vmin - усредненное  значение скоростей некоторой части самых медленных электронов.В качестве приближения можно считать vmin =xn-1 /2

       С помощью полученного коэффициента качества можно определять не только параметры выходного зазора, но и  определять оптимальную амплитуду на предпоследнем резонаторе .

Рис.2.12. Зависимость электронного КПД h_е от амплитуды x при различных углах пролета q. 
 
 

Рис.2.13. Зависимость амплитуды x и КПД h_е от угла пролета q.

 

2.3. Приборы, использующие  широкие зазоры  рассчитанные ранее

       Как уже отмечалось на кафедре ЭП работы по созданию клистрона с широким  зазором ведутся уже несколько  лет. За это время было рассчитано три варианта конструкций. Они представлены на рис.2.14.

2.3.1. Однорезонаторный  двухзазорный клистрон  с q₁»1.5p.

       Достоинством однорезонаторного прибора в его компактности, а следовательно меньшей стоимости. Недостатком является влияние нагрузки на работу генератора. Нагрузка является частью колебательного контура и вносит свою активную и реактивную составляющие. Реактивная составляющая влияет на частоту генерируемых колебаний. Активная составляющая влияет на амплитуду колебаний и при больших флюктуациях проводимости нагрузки может произойти даже срыв колебаний.

       Первым  генератором был однорезонаторный двухзазорный клистрон на “p“- виде колебаний (см рис 14.а). Прибор расчитывался на первой зоне колебаний. Первый зазор был широким с q₁=1.5p. Мощность этого прибора Р=2-2.5 кВТ при напряжении U₀=4 кВ. Электронный КПД h_е=56.3% при следующих параметрах: d₁=11.3 мм., x₁=1.75, x₂=-1.75, L₁₂=17.5 мм., В=2В_вр.

2.3.2. Однорезонаторный  двухзазорный клистрон  с q₁»3p.

       Следующий прибор это однорезонаторный двухзазорный автогенератор, работающий на “0”- типе колебаний (рис.2.14.б). Отличительной особенностью этого прибора является, то что входной зазор имеет ширину d₁=18 мм., что соответствует углу пролета около 3p.. Поскольку при этом имеет место инверсия условий самовозбуждения т.е. они совпадают с условиями для "p" - вида при q<2p. Осуществление однорезонаторного генератора наиболее целесообразно в области III (см. рис.2.1), из-за того что h_е не сильно отрицательно или даже положительно. Это важный момент, так как при большом отрицательном КПД первого зазора не удается сделать большой суммарный КПД, из-за того, что h_е1 будет вычитаться из h_е2 . Поле в первом зазоре является неравномерным.

 
 
 
 

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=2В_бр.

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 h_еå=57%, в выходном зазоре КПД h_е2=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

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.