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.
1. Расчетная часть
1.1 Расчет геометрии замедляющей системы
Выбираем условный угол пролета ?ав заданных пределах 1,61,8 . 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):
При выполнении данного пункта рассчитаем взаимосвязанное звено между ЛБВ и линией связи. В качестве взаимодействующего звена взят трансформатор полных сопротивлений четырёхступенчатый.
Выберем коаксиал с сопротивлением равным 50 ОМ. Трансформатор используется для согласования системы в полюсе МГц.
Определяем среднюю длину волны рассчитываемого перехода:
,(1.26)
(см).
Этой длине волны соответствует определенная величина волнового сопротивления. Задаем необходимую трансформацию сопротивлений:
185 (Ом) до 50 (Ом).
Далее рассчитываем длину каждого трансформаторного участка:
,(1.27)
(см).
Необходимо определить масштабный множитель, который используется для нахождения местных коэффициентов отражения при значении:
,(1.28)
,
,(1.29)
.
Используя данные находим коэффициенты отражения
Волновое сопротивление отдельных ступеней трансформатора:
.(1.30)
Так как
,(1.31)
где - волновое сопротивление спирали, Ом.
С учетом определения:
,(1.32)
,(1.33)
,(1.34)
(Гц),
,(1.35)
.(1.36)
Откуда получаем, что:
,(1.37)
.(1.38)
Рассчитываем диаметры отдельных трансформаторных участков внутреннего проводника:
,(1.39)
,(1.40)
,(1.41)
где D - внутренний диаметр внешнего проводника, см.
В рассчитываемой лампы бегущей волны О-типа малой мощности фокусировка электронного пучка осуществляется магнитным полем, источником которого служит магнит. Он обеспечивает однородное продольное поле в лампе.
Индукцию магнитного поля рассчитываем по формуле:
,(42)
где - ток пучка, мА;
- рабочее напряжение, кВ;
- радиус пучка, мм;
- магнитная индукция, Гс.
(Гс).
Заключение
В данной курсовом проекте произведен расчет лампы бегущей волны О-типа малой мощности. Определена геометрия замедляющей системы и её характеристики - дисперсию и сопротивление связи. Рассчитаны геометрия и рабочие параметры вывода и ввода энергии, величина магнитной индукции, необходимая для фокусировки пучка. Выбрана спиральная замедляющая система, которая определяет широкополосность ЛБВ. В таких ЛБВ скорость распространения бегущей волны сохраняется практически постоянной при изменении частоты входного сигнала. Все проделанные расчеты произведены с применением ЭВМ. Составлена программа, позволяющая определить перечисленные параметры, а так же дисперсионную характеристику замедляющей системы в виде зависимости Представлен графический материал проектируемой ЛБВ.
Списоклитературы
1. Кацман, Ю. А. Приборы сверхвысоких частот./ Ю. А. Кацман. - М.: Высш.шк. 1973-382с.
2. Лошаков, Н. В., Пчельников, П. С. Расчёт и проектирование ЛБВ. - М.: Сов. радио, 1966-124с.
3. Цейтлин, М. Б., Кац, К. М. Лампа с бегущей волны. - М.: Сов.радио, 1964-311с.
4. Силин, Р. А., Сазонов, В. П. Замедляющие системы. -М.: Сов. радио, 1966-632с.
5. Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ. -М.:Высш. шк .,1972 -