Билет №9.

1. Особенности проектирования резонаторов методом эквивалентной длинной линии.

способ улучшения эффективности группировки в однолучевых приборах впервые предложил Эрлин Лайн. В современных высокоэффективных однолучевых клистронах это достигается введением двух дополнительных резонаторов второй гармоники в резонаторную систему клистрона. При этом увеличивается длина прибора, а следовательно, его габариты и масса. Устранить этот недостаток можно за счет сокращения числа резонаторов путем возбуждения в одном резонаторе одного или двух высших видов колебаний, кратных основному виду.

2. Пушка Пирса со сходящимся электронным пучком.

Полный ток сферического диода в режиме простран­ственного заряда может быть представлен выражнием:

(1)где (-α)2 — функция Ленгмюра, зависящая от величи­ны ρа=Rк/Rа (Rк и Ra — радиусы катода и анода). Плотность тока с катода, очевидно, равна:

(2)

Распределение потенциала между катодом и анодом, как ясно из (1), имеет вид:

Рис. 5. График функ­ции Ленгмюра для сфе­рического диода.

(3) где p=RK/R, причем R является текущей координатой, а р меняется от 1 до ра.

Для формирования сходящегося аксиально-симме­тричного пучка с использованием катода, имеющего вид участка сферы радиуса RK, необ­ходимо, как и в предыдущем случае, заменить действие отбра­сываемой части потока полем, образуемым фокусирующим элек­тродом, имеющим потенциал ка­тода, и анодом. Форму электродов, обеспечи­вающую вдоль границы пучка распределение потенциала, соот­ветствующее (3), подбирают, как описано ранее, на электроли­тической ванне с применением пластины из диэлектрика, имити­рующей границу пучка. На (рис. 6) представлены конфигурации электродов, формирующих схо­дящиеся аксиально-симметричные потоки при различ­ных ра и углах схождения Θ.

Рис. 6. Примеры конфигурации электродов пушек сферического типа при различных Θ и ра

Эквипотепциаль, соответствующая фокусирующему электроду, подходит к границе потока под углом 67,5°, остальные — под углом 90°.

На практике обычно выполняют электроды более простой формы, в той или иной степени аппроксимирую­щей контуры требуемых поверхностей (рис. 7 и 8)

Рис. 7. Пример практической конфигурации электродов пуш­ки сферического типа. К — катод; ФЭ — фокусирующий электрод; а — анод.

Рис. 8. Пример пушки с про­стой конфигурацией электро­дов. К — катод; ФЭ — фокусирующий электрод; а — анод.

Билет №10.

1. Особенности проектирования пространственно-развитых резонаторов многолучевых приборов. Выравнивание амплитуды ВЧ электрического поля в зазорах взаимодействия.

Для решения задачи синтеза оптимального двухзазорного выходного резонатора МЛК разработаны приближенные математические модели для характеристического сопротивления, коэффициента эффективности взаимодействия и шунтирующей электронной проводимости, не требующие вычисления функций Бесселя и решения сложных трансцендентных уравнений. Найдены оптимальные соотношения между углом пролета между центрами зазоров выходного двухзазорного бессеточного резонатора, работающего на 7г-виде колебаний и параметрами многолучевого электронного потока, обеспечивающие достижение максимальных значений произведения КПД на полосу усиления МЛК. Предложены новые конструкции четвертьволновых четырехзазорных резонаторов с неоднородным полем, в которых соотношение амплитуд ВЧ напряжения на двух смежных симметричных двойных зазорах, можно изменять выбором места их включения в общую индуктивную часть резонатора относительно точки короткого замыкания. Исследованы физические процессы отбора энергии в усилительном КРВ с выходным четырехзазорным резонатором с неоднородным полем и найдены оптимальные для расширения полосы и повышения КПД значения параметров пространственного заряда и функции распределения поля в области распределенного взаимодействия. Предложены новые конструктивные схемы многолучевых генераторных КРВ с четырехзазорными резонаторами с неоднородным полем, отличающиеся от классических двухрезонаторных генераторных клистронов высоким КПД (50-60%), большим уровнем выходной мощности (до 3-5 кВт), простотой и малыми габаритами конструкции, а так же возможностью электронной перестройки частоты при отсутствии электронного гистерезиса. Миниатюрный многоканальный двухзазорный резонатор с индуктивной частью в виде плоской спирали выполненной на основе печатной платы, с точки зрения получения высоких электродинамических характеристик, простоты изготовления, малых габаритов и массы, а также стоимости, является, по сравнению с традиционными конструкциями объемных резонаторов, наиболее перспективным типом резонатора для применения в миниатюрных МЛК с матричными автоэмиссионными катодами при уровнях непрерывной выходной мощности до 1 кВт. Разработанная методика расчета электродинамических параметров миниатюрного многоканального двухзазорного резонатора с индуктивной частью в виде плоской спирали, выполненной на основе печатной платы, обеспечивает приемлемые для инженерной практики погрешности расчета резонансной частоты менее 5%, а для характеристического сопротивления не более 10%. Разработанные математические модели, основанные на использовании закона Фаулера-Нордгейма для переменного сигнала с последующим разложением импульса конвекционного тока в ряд Фурье и дальнейшим применением приближенной теории нелинейной теории клистрона позволяют найти необходимые для оценки ожидаемых выходных параметров многолучевого клистрода с матричными автоэмиссионными катодами оптимальные режимы модуляции эмиссии, величины относительного напряжения на выходном резонаторе и его эквивалентного резонансного сопротивления.

2. Фокусирующие системы СВЧ приборов О-типа.

Многодиапазонный электровакуумный СВЧ-прибор типа О предназначен для разработки многодиапазонных радиолокационных станций, т.к. использование отдельного прибора для каждого диапазона усложняет и удорожает станцию. Техническим результатом является создание многодиапазонного прибора, обладающего устойчивостью к самовозбуждению, малым токооседанием и минимальными массогабаритными характеристиками. Прибор выполнен из электродинамических систем, расположенных вдоль электронного пучка и отделенных друг от друга проводящими дисками с трубками дрейфа. Каждая электродинамическая система снабжена вводом и выводом энергии. Длина волны рабочего диапазона электродинамических систем возрастает в направлении движения электронного пучка, а отношение внутреннего диаметра электродинамической системы к этой волне уменьшается в том же направлении. Диаметр пролетного канала остается постоянным или увеличивается от системы к системе в направлении движения электронного пучка.