Результаты проектирования тороидального резонатора

2.3 Проектирование линейного группирователя

Многорезонаторные клистроны обычно используются для усиления СВЧ сигналов в определённой полосе частот, которая определяется на уровне половины мощности. Резонансный блок клистрона с относительно небольшой полосой пропускания можно условно разделить на выходной резонатор, линейный и нелинейный группирователи. Выходной резонатор настраивается на среднюю частоту диапазона рабочих частот fср и его параметры должны быть такими, чтобы обеспечить заданную полосу пропускания. Линейный группирователь работает в малосигнальном режиме, собственные частоты его резонаторов лежат в пределах полосы пропускания. Резонаторы нелинейного группирователя для обеспечения группирования вокруг электронов примерно одной и той же фазы настраиваются на высокие частоты, лежащие за пределами полосы пропускания.

В обычных относительно узкополосных клистронах усилительные свойства нелинейного группирователя в пределах полосы пропускания мало зависят от частоты. Поэтому при правильно выбранных параметрах выходного резонатора частотная характеристика прибора, в основном, определяется частотной характеристикой линейного группирователя. Для обеспечения полосы пропускания изменение в её пределах первой гармоники конвекционного тока, сформированного линейным группирователем, и возбуждающего первый резонатор нелинейного группирователя, не должно превышать определённой величины.

За счет взаимной расстройки резонаторов линейного группирователя не всегда удается получить достаточно плоскую частотную характеристику. В таком случае приходится искусственно уменьшать добротности этих резонаторов, внося дополнительные потери. На практике это достигается, например, путем нанесения графитового покрытия на внутреннюю поверхность резонаторов. В результате холодные добротности резонаторов линейного группирователя оказываются меньше добротностей нелинейного группирователя.

На рисунке 8 приведена амплитудно-частотная характеристика 5-резонаторного клистрона, на оси f отмечены собственные частоты его резонаторов. Первый и второй резонаторы с частотами f1 и f2 образуют линейный группирователь, третий и четвертый резонаторы с частотами f3 и f4 образуют нелинейный группирователь, выходной резонатор настроен на среднюю частоту пропускания f5=fср. В обычных относительно узко-полосных клистронах усилительные свойства нелинейного группирователя в пределах полосы пропускания мало зависят от частоты. Поэтому при правильно выбранных параметрах выходного резонатора частотная характеристика прибора, в основном, определяется частотной характеристикой линейного группирователя. Для обеспечения полосы пропускания изменение в ее пределах первой гармоники конвекционного тока, сформированного линейным группирователем, и возбуждающего первый резонатор нелинейного группирователя, не должно превышать определенной величины.

Рвых

Рmax

0.5Рmax

 F

f2 f5 f1 f3 f4 f

Рисунок 8 – АЧХ 5-резонаторного клистрона.

Процесс проектирования линейного группирователя по программе Grup заключается в определении параметров резонатора Q_i, f_i, числа резонаторов N_л и входной мощности P_вх, при которых получается удовлетворяющая разработчика частотная характеристика линейного группирователя I_конв=Р(f). В исходном варианте частотная характеристика рассчитывается для двухкаскадного группирователя при холодной добротности резонаторов Q_х = 4004, полученной по программе Rez4. Резонаторы настраиваются на крайние частоты полосы пропускания f₁ = f_ср.-0,5f, f₂ = f_ср.+ 0,5f.

Если перепад значений конвекционного тока в пределах полосы пропускания превышает 30 % от максимального значения, то в режиме диалога проводится подбор числа каскадов и значений Q_i, f_i, обеспечивающих заданную полосу пропускания линейного группирователя на уровне 0,7I_кон.max. Кроме того, если входная мощность оказывается избыточной и происходит перевозбуждение группирователя (I_кон.max. > 0,4I₀), то входная мощность Р_вх уменьшается при соответствующем увеличении коэффициента усиления К_р, что всегда желательно.

Исходные данные для программы LINGRUP:

Результат оптимизации:

N=2; QX1= 250; FR1=3047,309 (МГц);

QX2= 350; FR2=3074,162 (МГц);