Исследование многомодового режима взаимодействия электронов с свч-полем в однозазорных резонаторах для приборов клитронного типа | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 17 августа, печатный экземпляр отправим 21 августа.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Чигуров И. О., Царев В. А., Ливчина А. В. Исследование многомодового режима взаимодействия электронов с свч-полем в однозазорных резонаторах для приборов клитронного типа [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы VI Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2018 г.). — СПб.: Свое издательство, 2018. — С. 27-32. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/288/14406/ (дата обращения: 18.10.2019).



В статье описываются результаты исследования и сравнения различных конструкций резонаторов для приборов клистронного типа, работающих на основном (2450 МГц) и высшем (4900 МГц) видах колебаний с помощью программы трехмерного электромагнитного моделирования. Приведены результаты расчетов собственных частот, электронных и электродинамических параметров.

Ключевые слова: прибор клистронного типа, однозазорный резонатор, многомодовый режим взаимодействия, эффективное характеристическое сопротивление, электронный коэффициент полезного действия.

В наше время многолучевые приборы клистронного типа [1] находят широкое применение в различных областях науки и техники. Усилители и генераторы на их основе используются в устройствах промышленного СВЧ нагрева [2], радиолокации, системах цифрового телевидения, ускорительной технике, медицине и др. Расширение областей применения этих требует расширения частотного диапазона, увеличения выходной мощности.

Большой интерес представляют приборы клистронного типа, использующие в группирователе резонаторы, работающие одновременно на двух кратных частотах. Такие резонаторы позволяют улучшить выходные параметры изделий с сохранением массогабаритных параметров, в виду отсутствия необходимости использования дополнительных резонаторов второй гармоники для реализации режима несинусоидальной скоростной модуляции.

Однако такие приборы слабо изучены, а их расчет и проектирование затруднены из-за трехмерного характера протекающих процессов и большого количества влияющих факторов. Разработка и исследование таких приборов являются одними из актуальных задач современной вакуумной электроники СВЧ.

В настоящей работе представлены результаты расчета электронных и электродинамических параметров различных конструкций однозазорных резонаторов для приборов клистронного типа, а также их сравнение по показателю критерия качества.

На рисунках 1–4 изображены 3d-модели исследуемых однозазорных ступенчато-неоднородных резонаторов для приборов клистронного типа. Конструкции 1 и 4 имеют круглую форму окна резонатора, конструкции 2 и 3 — квадратную. Так же конструкции 1 и 2 имеют дополнительные вырезы для настройки кратности резонансных частот.

Резонатор 1

Резонатор 2

Рис. 1. 3d-модель первой конструкции резонатора

Рис. 2. 3d-модель второй конструкции резонатора

Резонатор 3

Резонатор 4

Рис. 3. 3d-модель третьей конструкции резонатора

Рис. 4. 3d-модель четвертой конструкции резонатора

На рисунках 5–8 представлены схематические изображения резонаторов, с обозначением основных размеров. Размеры приведены в таблицах 1–4.

Рис.5. Основные геометрические размеры первой конструкции резонатора

Рис.6. Основные геометрические размеры второй конструкции резонатора

Рис.7. Основные геометрические размеры третьей конструкции резонатора

Рис.8. Основные геометрические размеры четвертой конструкции резонатора

Таблица 1

Основные геометрические размеры первой конструкции резонатора

r1, мм

r2, мм

r3, мм

h, мм

l1, мм

l2, мм

l3, мм

d, мм

a, мм

6,96

15,070

18,956

23

4,865

9,006

8,7

5,3

1,54

Таблица 2

Основные геометрические размеры второй конструкции резонатора

r1, мм

r2, мм

S/2, мм

h, мм

l1, мм

l2, мм

l3, мм

d, мм

a, мм

6,96

15.19

18.72

22.8

4.4

8.8

8.7

5,3

1,54

Таблица 3

Основные геометрические размеры третьей конструкции резонатора.

r1, мм

r2, мм

S/2, мм

l1, мм

l2, мм

d, мм

h, мм

a, мм

6.96

13.81

17.99

19.2

8.7

5.3

33.2

1.54

Таблица 4

Основные геометрические размеры четвертой конструкции резонатора

r1, мм

r2, мм

r3, мм

l1, мм

l2, мм

d, мм

h, мм

a, мм

6.96

14

19.7

19.4

8.7

5.3

33.4

1.54

Результаты расчетов электронных и электродинамических параметров (ρ — характеристическое сопротивление, M — коэффициент взаимодействия, Ge/G0 — активная составляющая относительной электронной проводимости) исследуемых резонаторов, при ускоряющем напряжении U0 = 10 кВ и коэффициенте заполнения пролетного канала b/a = 0,7, представлены в таблице 5.

Таблица 5

Основные электронные иэлектродинамические параметры резонаторов

Конструкция

Параметры

F, МГц

ρ, Ом

М

Ge/G0

Q

Первая

Вид 1

2450

46,28

0,89276

0,09101

3037

Вид 2

4900

23,13

0,6268

0,19193

6000

Вторая

Вид 1

2481

52,167

0,89016

0,09283

3126

Вид 2

4900

33,43

0,6268

0,19193

5573

Третья

Вид 1

2452

51,2

0,8926

0,09113

3811

Вид 2

4904

31,9

0,6263

0,19196

6220

Четвертая

Вид 1

2442

52,7284

0,89324

0,09054

3883

Вид 2

4906

33,3857

0,62605

0,19199

6330

Из таблицы 5 видно, что наибольшую величину характеристического сопротивления в центральном пролетном канале на двух видах колебаний имеет вторая конструкция резонатора. Все типы конструкции резонаторов имеют высокие значения коэффициента взаимодействия М на двух рабочих видах колебаний. Значения активной составляющей электронной проводимости Ge/G0 всех типов конструкций находятся в положительной области, что обеспечит отсутствие самовозбуждения резонаторов.

Для сравнения резонаторов воспользуемся коэффициентом качества [3], который рассчитывается по формуле , где ρM2 — эффективное характеристическое сопротивление, H — высота резонатора, λ — длина волны. Результаты расчета коэффициента качества резонаторов представлены в таблице 6.

На рисунке 9 представлена гистограмма нормированного коэффициента качества. За 1 принято значение коэффициента качества первого резонатора на первом виде колебаний. Как видно из графика, наибольший коэффициент качества имеет второй вариант конструкции. Наименьший коэффициент качества имеет третий вариант конструкции. Отсюда следует, что наиболее перспективной для применения в группирователях приборов клистронного типа является второй тип конструкции, соответствующий максимуму отношения эффективного характеристического сопротивления на единицу длины резонатора.

Таблица 6

Результаты расчета коэффициента качества резонаторов

Тип конструкции

F, МГц

, Ом

Первая

2450

0,393

4900

0,048

Вторая

2481

0,438

4900

0,071

Третья

2452

0,301

4904

0,046

Четвертая

2442

0,309

4906

0,048

Резонатор 1

Резонатор 2

Резонатор 3

Резонатор 4

Структура № 1

Структура № 2

Структура № 3

Структура № 4

Рис. 9. Коэффициенты качества Ккач исследованных резонаторов

Литература:

1. Королев А. Н., Лямзин В. М., Мамонтов А. В., Симонов К. Г. СВЧ-прибор клистронного типа (варианты). Патент на полезную модель № 2390870, г. Фрязино, 2010.

2. Морозов О., Каргин А., Савенко Г., Требух В., Воробьев И. Промышленное приминение СВЧ-нагрева // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2010. № 3

3. Царев В.А,, Мирошниченко А. Ю., Смирнов С. В. Нелинейный критерий подобия тороидальных резонаторов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: материалы XIX междунар. Крымской конф., 14–18 сент. 2009 г., Севастополь, Крым, Украина. — Севастополь, 2009. — С. 139–140.

Основные термины (генерируются автоматически): конструкция резонатора, таблица, прибор, вид, коэффициент качества, вид колебаний, эффективное характеристическое сопротивление, характеристическое сопротивление, геометрический размер третьей конструкции резонатора, геометрический размер четвертой конструкции резонатора.

Ключевые слова

прибор клистронного типа, однозазорный резонатор, многомодовый режим взаимодействия, эффективное характеристическое сопротивление, электронный коэффициент полезного действия

Похожие статьи

Синтез многолучевых однозазорных и двухзазорных клистронных...

Рис. 1. Конструкция многоканального резонатора клистрона. Поскольку целью работы является разработка методики синтеза дуальных резонаторов, настроенных одновременно на

Таблица 1. Результаты расчета геометрических размеров резонаторов по разработанной программе.

Анализ видов испытаний кварцевых резонаторов на...

Кратко рассматриваются виды механических воздействий на резонаторы и виды отказов после воздействия вибрации.

Для обеспечения качества производимой продукции (а именно, кварцевых резонаторов) необходимо контролировать соответствие выходных характеристик...

Расчет гетеродинного генератора миллиметрового диапазона на...

Резонансные частоты и эквивалентные характеристические сопротивления контуров 2 и 4, описывающих

Для основного тона квазикоаксиального резонатора коэффициент связи максимален:К3=1. Поэтому при b/a<0,15 приходится учитывать именно этот тип колебаний.

Резонансный метод определения частоты | Статья в журнале...

Анализ видов испытаний кварцевых резонаторов на...

Спектр резонансных частот основного колебания пустого резонатора [4] определяется как.

Таблице 4. Резонансные частоты и их добротности на разных уровнях поглощения. №.

Расчёт Н-секториальной рупорной антенны с разными видами...

Под рупорной антенной понимают излучатель в виде отрезка волновода, у которого размеры поперечного сечения увеличиваются в направлении раскрыва.

Типы рупорных антенн представлены на рис. 1, а геометрические размеры на рис. 2.

Динамические эффекты, связанные со структурной...

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области... Также установлены обобщенные таким образом коэффициенты демпфирования для второго и третьего тонов колебаний стрежня I...

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области...

Периодические решения разностного уравнения третьего порядка. решение уравнения, коэффициент уравнения, общее решение уравнения, решение, вид, система, линейное разностное уравнение, вспомогательный угол, характеристический многочлен, предельный...

Согласование на тракте измерительной установки с открытым...

В объеме резонатора возможны стоячие волны если размеры резонатора и длина волны, распространяющейся в пустой части резонатора, удовлетворяются условиям [3]

Спектр резонансных частот основного колебания пустого резонатора [4] определяется как.

Методика оценки электрогерметичности ВЧ-соединений

коэффициент затухания внутри конструкции МПН

Следующим недостатком является внутренне магнитное поле, возникающее как результат движения электронов, которое накладывает ограничения на мощность, размер и коэффициент полезного действия...

Похожие статьи

Синтез многолучевых однозазорных и двухзазорных клистронных...

Рис. 1. Конструкция многоканального резонатора клистрона. Поскольку целью работы является разработка методики синтеза дуальных резонаторов, настроенных одновременно на

Таблица 1. Результаты расчета геометрических размеров резонаторов по разработанной программе.

Анализ видов испытаний кварцевых резонаторов на...

Кратко рассматриваются виды механических воздействий на резонаторы и виды отказов после воздействия вибрации.

Для обеспечения качества производимой продукции (а именно, кварцевых резонаторов) необходимо контролировать соответствие выходных характеристик...

Расчет гетеродинного генератора миллиметрового диапазона на...

Резонансные частоты и эквивалентные характеристические сопротивления контуров 2 и 4, описывающих

Для основного тона квазикоаксиального резонатора коэффициент связи максимален:К3=1. Поэтому при b/a<0,15 приходится учитывать именно этот тип колебаний.

Резонансный метод определения частоты | Статья в журнале...

Анализ видов испытаний кварцевых резонаторов на...

Спектр резонансных частот основного колебания пустого резонатора [4] определяется как.

Таблице 4. Резонансные частоты и их добротности на разных уровнях поглощения. №.

Расчёт Н-секториальной рупорной антенны с разными видами...

Под рупорной антенной понимают излучатель в виде отрезка волновода, у которого размеры поперечного сечения увеличиваются в направлении раскрыва.

Типы рупорных антенн представлены на рис. 1, а геометрические размеры на рис. 2.

Динамические эффекты, связанные со структурной...

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области... Также установлены обобщенные таким образом коэффициенты демпфирования для второго и третьего тонов колебаний стрежня I...

О демпфировании вибраций элементов конструкций в области...

Периодические решения разностного уравнения третьего порядка. решение уравнения, коэффициент уравнения, общее решение уравнения, решение, вид, система, линейное разностное уравнение, вспомогательный угол, характеристический многочлен, предельный...

Согласование на тракте измерительной установки с открытым...

В объеме резонатора возможны стоячие волны если размеры резонатора и длина волны, распространяющейся в пустой части резонатора, удовлетворяются условиям [3]

Спектр резонансных частот основного колебания пустого резонатора [4] определяется как.

Методика оценки электрогерметичности ВЧ-соединений

коэффициент затухания внутри конструкции МПН

Следующим недостатком является внутренне магнитное поле, возникающее как результат движения электронов, которое накладывает ограничения на мощность, размер и коэффициент полезного действия...