Линейный расчет основных конструктивных параметров ЗС - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной
Вопросам разработки инженерного метода расчета усилительной ЛБВ со спиральной замедляющей линией посвящено сравнительно большое число работ. Все эти работы основаны на линейной теории взаимодействия электронного потока с бегущей электромагнитной волной.
Проведем предварительный расчет конструктивных параметров спиральной замедляющей системы ЛБВ. Формулы расчета получены на основе аппроксимации основных результатов линейной теории, приведенной в книге Кац А. М., Цейтлин М. Б. "Лампа с бегущей волной".
Исходные параметры, которым, согласно техническому заданию дипломного проекта, должна отвечать замедляющая система мощной спиральной ЛБВ:
Выходная мощность P = 300 Вт;
Диапазон частот 8ч18 ГГц;
Рабочее напряжение 7 ч 8 кВ;
Ток электронного пучка не более 0,5 А.
Расчет замедляющей системы проводится следующим образом:
1. Для начала определим значение ускоряющего напряжения, находящегося в пределах диапазона, указанном в техническом задании.
U0 = 7500 В.
2. На основе использования экспериментальных данных, полученных ранее, значение электронного КПД выбираем равным 15%
= 0,15
Отсюда можно определить ток электронного пучка:
I = 0.266 А
Полученное значение тока электронного пучка меньше 0,5, что удовлетворяет требованиям технического задания.
3. Определим коэффициент замедления электромагнитной волны в замедляющей системе n для средней частоты рабочего диапазона ЛБВ f0 = 13 ГГц. Коэффициент замедления рассчитываем по формуле:
, где
NЭл - коэффициент электрического замедления, соответствующее скорости электрона в пространстве взаимодействия;
B - Параметр несинхронности;
C - параметр усиления Пирса.
,
NЭл = 5.8312.
,
Где н - скорость электронов в свободном пространстве;
Н - фазовая скорость электромагнитной волны в замедляющей системе.
NЗам = 6.35
4. Исходя из заданного диапазона частот, рассчитаем средний диаметр спирали б. Диаметр спирали должен обеспечивать эффективное взаимодействие замедленной электромагнитной волны с электронным потоком в ЛБВ.
Известно, что коэффициент усиления и электронный КПД прибора достигают максимальной величины, когда обобщенный параметр распространения электромагнитной волны в замедляющей системе находится в пределах 1,0-1,5 единиц.
Известно, что квадрат фазовой постоянной распространения равен сумме квадратов обобщенного параметра распространения электромагнитной волны в замедляющей системе и параметра распространения электромагнитной волны в свободном пространстве.
,
Где
-- фазовая постоянная распространения
-- параметр распространения электромагнитной волны в свободном пространстве.
С - скорость света
Как уже говорилось ранее оптимальное значение обобщенного параметра распространения электромагнитной волны для средней частоты рабочего диапазона в замедляющей системе гa должно находиться в области от 1,0 до 1,5. В нашем случае примем параметр гa = 1,2. Следовательно, средний диаметр спирали конструируемой ЛБВ будет равен б = 1,68
5. Диаметр пролетного канала d будет равен
D = б -2 t,
Где t - толщина спирали проводника в мм. t = 0.2
Следовательно d = 1.28 мм
6. Рассчитаем параметр пространственного заряда g и параметра усиления С.
Для этого необходимо ввести вспомогательные переменные m и n. Они определяются по следующим графикам:
Рис. 3.1. Кривые для определения вспомогательных параметров Т И П В зависимости от b/a, что эквивалентно коэффициенту заполнения k.
Выберем вспомогательные параметры m и n, с учетом того, что коэффициент заполнения k за годы проектирования ЛБВ на производстве принято считать оптимальным при значении 0,5. Соответственно вспомогательная величина m = 1.27, а n = 3.24.
, где Р микропервианс
P = 0.411
G = 1.347
C = 0.080
7. Найдем параметр несинхронности
B = 1.114
8. Сопротивление связи в замедляющей системе
КСв = 56.393
9. Параметр погонного усиления B1
Ч0 = 34.561
Ч2 = 1.074
B1 = 37.525
10. Длина замедляющей системы l
Величина вносимых в замедляющую систему потерь D (дБ) и длину локального поглотителя l2
D = 40 дБ
L2 = 30 мм.
Найдем коэффициент, характеризующий уменьшение усиления, обусловленное локальным поглотителем
А1 = 17.285
L = 66.139
11. Шаг спирали
Для того чтобы найти шаг спирали необходимо ввести в расчет диаметр экрана замедляющей системы, который обусловлен диаметром спирали замедляющей системы и высотой опор на которые закрепляется эта спираль.
DЭкр = 4.2 мм.
Диэлектрическая постоянная керамических опор. Поскольку керамические опоры выполняются из оксида бериллия BeO их диэлектрическая постоянная равна
Е1 = 6.5
Площадь поперечного сечения опор: s1 = 26.424
Эквивалентная диэлектрическая проницаемость е2
Е2 = 2.090
H = 0.9
12. Геометрическое замедление
В грубом приближении, без учета дисперсии (зависимость фазовой скорости от частоты), влияния экрана и диэлектрических опор замедление в спирали можно рассчитать, учитывая только геометрические размеры самой спирали:
Nгеом = 1/cosФ
, где Ф - угол наклона витков спирали к продольной оси z. Эту формулу можно переписать через a и h, где a - радиус спирали, h - шаг спирали:
Возьмем измеренные геометрические параметры спирали, полученные раннее:
A(радиус спирали) = 0,84 мм и h = 0,9 мм, подставим их в формулу для nгеом. Получим nгеом = 6,084
На самом деле nгеом не совпадает с реальным замедлением. Чтобы получить значение n, близкое к реальным, надо воспользоваться поправкой:
N = nгеом * 1,2
Получим n = 7,3 - это значение замедления, которое в дальнейшем будет проверено и подтверждено в программе WinHelix.
13 Коэффициент замедления для свободной спирали с учетом дисперсии
Так же приближенный коэффициент замедления для свободной спирали (без учета влияния диэлектрических опор и экрана ), но с учетом дисперсии можно рассчитать по формуле:
Подставляя сюда наши значения радиуса, шага спирали в заданном диапазоне частот получим (таблица 3.1):
Таблица 3.1
Частота(ГГц) |
Замедление |
9 |
4.305 |
10 |
4.583 |
11 |
4.761 |
12 |
4.909 |
13 |
5.035 |
14 |
5.142 |
15 |
5.236 |
16 |
5.317 |
17 |
5.389 |
18 |
5.453 |
Эти значения n совпали со значениями, полученными с помощью расчета в программе WinHelix для свободной спирали.
Рис 3.2 Зависимость коэффициента замедления n для свободной спирали от частоты, рассчитанное на основе линейной теории в Mathcad и на основе дисперсионного уравнения в WinHelix.
14. Нахождение волнового сопротивления спирали с экраном и тремя диэллектрическими опорами
Похожие статьи
-
Общие вопросы При конструировании замедляющей системы обычно приходиться решать две основные задачи: 1. Выбор конструкции замедляющей системы ( диаметр и...
-
Конструкция лампа бегущий волна Создание сложных современных радиотехнических систем невозможно без целого ряда генераторных и усилительных электронных...
-
Расчет параметров замедляющей системы При проектировании замедляющей системы большое значение имеет достоверное определение таких электродинамических...
-
Выбрав конструкцию замедляющей системы, следует определить материалы, из которых она будет изготавливаться. Выбор материалов определяется требованиями к...
-
Электровакуумный прибор, работа которого основана на взаимодействии электронного потока и бегущей волны, впервые предложил и запатентовал американский...
-
Основными параметрами и характеристиками ЛБВ являются: 1) коэффициент усиления ; 2) диапазон рабочих частот ; 3) коэффициент шума ; 4) максимальная...
-
Применение в ЛБВ спиральной замедляющей системы классической конструкции (рис.2.2.), то есть представляющей собой спираль, закрепленную в металлическом...
-
В основе усилительных и генераторных ламп бегущей волны в широком смысле слова лежит длительное взаимодействие электронов с бегущей электромагнитной...
-
В спиральных ЛБВ тепловые контакты между элементами, входящими в замедляющую систему, о важности которых говорилось выше, обычно обеспечиваются за счет...
-
Определение межосевого расстояния и параметров зубчатых колес второй ступени. В соответствиями с указаниями [1] принимаем = 490 М; = 1,01; = 0,1; =427...
-
Исходные данные: Паспортная производительность, л/ч - 5000; Рабочее давление, МПа - 20; Мощность электродвигателя, кВт - 37; Частота вращения, мин-1 -...
-
Рядовая зубчатая цилиндрическая передача согласно кинематической схемы, приведенной в задании на проектирование соединяет выходной вал планетарного...
-
Определение межосевого расстояния и параметров зубчатых колес первой ступени. В соответствии с рекомендациями [3] межосевое расстояние определяется по...
-
Сжатые винты проверяют на устойчивость по условию устойчивости: , Где - расчетный коэффициент запаса устойчивости; - допускаемый коэффициент запаса...
-
Определить максимальную величину износа на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи (рис. 4). Параметры передачи: 1)...
-
Исходя из ГОСТ 16293-89 (см. приложение 2) для шестого класса буровых установок принимается оснастка талевой системы 5х6. Выбор талевого каната Для...
-
Уравнения состояния и основные передаточные функции замкнутой системы В данной работе рассматривается АСР, управление в которой организованно по принципу...
-
Входной контроль - контроль прибывших шихтовых и формовочных материалов. Контроль химического состава, механических свойств и микроструктуры полученной...
-
Передаточную функцию системы по задающему воздействию - главную передаточную функцию получаем следующим образом: Передаточная функция системы по...
-
, Предел изгибной выносливости [1, табл. 6,16]. [1, табл. 6,16]. S F =1,75 - коэффициент безопасности [3, табл. 8.9]. Коэффициент долговечности: , Q=6 -...
-
Определение частоты вращения ведомой звездочки мин-1. 3.3.2. Наибольшая рекомендуемая частота вращения малой звездочки для выбранной цепи мин-1 (таблица...
-
В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон R-22. В холодильнике с естественной циркуляцией принимается - температура кипения ХА; -...
-
ПОСТРОЕНИЕ НОМОГРАММ ОТДЕЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ - Расчет оптимального режима резания
Формулы, используемые для расчета режима резания, могут быть выражены графически, в виде номограмм, что в ряде случаев значительно упрощает расчет....
-
Расчет нелинейных систем автоматического управления
1. Задание для расчета нелинейной САУ Фазовый плоскость траектория автоколебание 1. Исследовать динамические режимы системы методом фазовой плоскости для...
-
Определение диаметра и толщины стенки трубопровода - Технологический расчет нефтепровода
Ориентировочное значение внутреннего диаметра вычисляется по формуле: Где - рекомендуемая ориентировочная скорость перекачки в зависимости от плановой...
-
Дополнительными параметрами условий стрельбы являются скорость сближения с целью и проекции абсолютной угловой скорости визирной линии. В курсовой работе...
-
M = l * b * h * с, (т) - вместимость ковша L = (N-1) * l1 + 2* l2 = 7 * 0,8 + 2*0,35 = 6.3 (м) Для блюмовых и сортовых l1 = 0,8...1,4; l1 = 0,8 (м) L2 =...
-
Спроектировать привод к цепному конвейеру. Мощность на ведомом колесе зубчатой передачи Р= 9,5 кВт и угловая скорость вращения этого колеса Щ 3 = 1,9р...
-
Расчет прицельных поправок выполняется в два этапа. На первом этапе выполняется расчет методом последовательных приближений упрежденной дальности,...
-
Рекомендуемую скорость пара в колонне, м/с, рассчитывают по уравнению (20) Где С - коэффициент. зависящий от конструкции тарелок, расстояние между...
-
Тепловые расчеты комплектующего оборудования - Основы технологического оборудования
Тепловой расчет спирального теплообменника. T1 = 55 OС, t2 = 40 OС, t3 = 15 oС, t4 = 25 OС Физические параметры теплоносителей при средней температуре...
-
После описания звеньев системы определяем ее передаточную функцию, которая представляет собой произведение всех ПФ звеньев: (2.10) Подставляем в...
-
Определение предельных значений режимов резания При мм/мин - фрезерование пазов за один проход; Дисковая фреза: D=125мм; B=20мм; t=0,6мм; z=22;...
-
, Принимаем нелинейный червяк и ; Коэффициент концентрации нагрузки: так как режим переменный, то выбираем из рисунка ]=1,05 следовательно 1,025 ,...
-
Основные передаточные функции исходной САР Найдем главный оператор замкнутой системы: оператор, связывающий главный вход, задающее воздействие, с главным...
-
Надежность Расчетным показателем надежности для создаваемой системы является вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной...
-
Данные для построения: NМ1 =-35 об/мин - частота вращения в 1 рабочей точке; T1 = 20 с - время работы в 1 точке; NМ2 = 95 об/мин - частота вращения в 2...
-
Определение геометрических размеров основных элементов фланцевого соединения Расчетная температура элементов фланцевого соединения определяется по...
-
Согласно (2.6) передаточная функция регулятора скорости имеет вид: ,(2.14) Где ; - коэффициент усиления регулятора скорости. (2.15) ЛАЧХ корректирующего...
-
Время регулирования Переходная характеристика по задающему воздействию (рис. 1.12): . (1.71) Переходная характеристика по возмущающему воздействию (рис....
Линейный расчет основных конструктивных параметров ЗС - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной