Задание №2
При выполнении Задания №2 используется следующий нумерованный список вакуумных приборов, изучаемых в курсе:
-
Порядковый номер прибора Nпр
Название
1
Триод и тетрод микроволнового диапазона
2
Клистрон
3
Отражательный клистрон
4
ЛБВ-О типа
5
ЛОВ О типа
6
ЛБВ-М типа
7
Магнетрон
8
Митрон
9
Гиротрон
10
Убитрон
11
Лазер на свободных электронах
Задача №1.
Из представленного списка выберете «свой» прибор согласно правилу:
и прибор, близкий
по принципу действия. Если Ваш номер
превышает число 11, то
Для этих приборов опишите:
Принцип действия, используя: гидродинамический подход и формулу
,
квантовый
подход.Каковы основные сходства и различие приборов.
Оцените характерный размер одного из приборов, если он работает на частоте
.
Мощность, коэффициент усиления, другие
параметры - выберите самостоятельно,
согласно типовым параметрам данного
типа приборов см. Продукция
— АО "НПП "Исток" им. Шокина"
(istokmw.ru)
Примечание: весовой коэффициент задачи 3балла
Задача №2
Приборы с квазистатическим управлением. Триод.
Рассчитать диапазон
статических
углов пролета носителей заряда в
промежутке катод-сетка триода, работающего
в одном
из режимов А, В или С (выберите
самостоятельно). Фазы вылета с катода
задать от 0 до 3600.
(Количество фаз по Вашему выбору. Считать
напряжение на электродах не изменяющимся
за время пролета). Рабочая частота
,
расстояние катод-сетка 0.2*
,
постоянное напряжение на аноде 50*
,
проницаемость сетки 0,01*(
.
Рассчитайте для этих углов коэффициент
взаимодействия. Используя полученные
результаты, объясните, почему триоды
неэффективны на высоких частотах.
Примечание: весовой коэффициент задачи 1балл
Задача №3.
Приборы с динамическим управлением. Клистрон.
Рассчитать угол
пролета в пространстве дрейфа, при
котором электрон, попавший в максимум
ускоряющего напряжения в 1-ом резонаторе,
догонит электрон, опережающий ускоренный
на
-радиан.
Расчет провести в кинематическом
приближении. При расчетах принять:
постоянное ускоряющее напряжение
,
длину зазора (область взаимодействия)
,
глубину скоростной модуляции
,
рабочая частота
.
Задачу
решить с использованием нормированных
параметров: глубина модуляции, угол
пролета, параметр группирования.
Проанализируйте,
как изменится процесс группирования
при учете сил пространственного заряда,
если ток луча равен
,
а диаметр луча
?
На каком расстоянии от середины
модулирующего зазора будет максимальная
группировка? Прокомментируйте результат.
Примечание: весовой коэффициент задачи 2балла
Задача №4.
Приборы с динамическим управлением. ЛБВ.
Провести расчет параметров спиральной замедляющей системы (ЗС) для ЛБВ.
Исходные для расчета (заданные) величины:
Коэффициент усиления по мощности
Первеанс электронного пучка
Радиус электронного пучка
Отношение радиуса пучка к радиусу спирали
Ускоряющее напряжение пучка
Частота
.Ускоряющее напряжение:
.
В расчетах принять сопротивление связи равным
,
Определить следующие величины и параметры:
Ток и мощность электронного пучка – I0, P0
Скорость электронного пучка
Шаг спиральной ЗС – p, при котором выполняются условия синхронизма движения пучка и электромагнитной волны
Длина спиральной ЗС, которая обеспечивает заданное значение коэффициента усиления
Нарисуйте и обоснуйте типовую АЧХ и Амплитудную характеристику ЛБВ. Как изменятся эти характеристики при изменении сопротивления связи. Нарисуйте на том же графике.
Для расчетов могут быть использованы следующие соотношения:
,
где 
- постоянная усиления.
–
длина замедляющей
системы, выраженная в длинах замедленных
волн
Примечание: весовой коэффициент задачи 1балл
Задача №5.
Приборы с динамическим управлением. Приборы М-типа
Рассчитать значение критической магнитной индукции
для значения
мм
и значения
потенциала
Ua
из задачи
№ 4
2. Полагая
рассчитать циклотронную частоту,
определить высоту прикатодного
электронного слоя ymax
3. Рассчитать шаг электронной траектории h.
4. Полагая распределение потенциала в межэлектродном промежутке линейным, найти значение максимальной скорости в электронном облаке.
5. Как изменится
частота генерации магнетрона, если
увеличить магнитное поле в
раз?
Для выполнения задания воспользоваться формулами
,
,
,
и законом сохранения полной энергии.
Примечание: весовой коэффициент задачи 1балл
Задача №6.
Приборы с динамическим управлением. Гирорезонансные приборы. Гиротрон.
Объяснить почему гиротроны используются преимущественно в мм-диапазоне длин волн. Что такое селекция мод, за счёт чего достигается? Опишите, за счет чего удается получать большую выходную мощность в мм диапазоне.
Прокомментируете принцип действия гиротрона используя формулу
.
Рассчитать параметры спиральной траектории электронного пучка гиротрона. Исходные для расчета (заданные, выбираемые) величины:
Ускоряющее напряжение пучка
,
где
–
значение ускоряющего напряжения из
Задачи №4Значение частоты микроволнового поля f из условия
Отношение поперечной и продольной скорости электрона
Определяемые величины:
Значение индукции магнитного поля
.
Трудно ли получить на практике такое
поле?
Вычисляется из условия циклотронного резонанса
,
где
.
Значения полной скорости электрона и её продольной и поперечной составляющих
.
Радиус спиральной траектории электрона
.
Каков должен быть радиус резонатора?
Вычисляется из условия баланса центробежной и магнитной сил.
Время одного оборота электрона – циклотронный период
Шаг спиральной траектории – циклотронная длина волны
Примечание: весовой коэффициент задачи 2балла