Результаты первоначального расчета основных конструкционных параметров ЗС, Численное проектирование ЗС для ЛБВ в программе WinHelix - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной
По результатам расчета были получены следующие конструкционные параметры мощной спиральной ЛБВ:
Таблица 3.2
Средний диаметр спирали |
1,68 мм |
Диаметр пролетного канала |
1,28 мм |
Длина замедляющей системы |
66,139 мм |
Диаметр экрана замедляющей системы |
4,2 мм |
Шаг спирали |
0.9 мм |
Ширина проволоки спирали |
0,2 мм |
Ток электронного пучка 0,266 А
Коэффициент замедления 6,35
Пространственный заряд 1,444
Параметр усиления 0,080
Параметр несинхронности 1,114
Сопротивление связи 56.393 Ом
Волновое сопротивление 92,913
Численное проектирование ЗС для ЛБВ в программе WinHelix
XXI век - это век развития информационных технологий, связанный с ростом скоростей и производительности электронных схем, увеличения объема памяти на носителях и. т. д. С развитием вычислительных мощностей появилась возможность заранее определить выходные параметры еще не существующего прибора. Теоретический расчет дает приближенный результат, так как учесть все процессы, происходящие в приборе попросту невозможно в силу требования высоких вычислительных мощностей, либо неточности в самой теории (расхождение). Поэтому использование расчетных программ - это еще один инструмент в руках экспериментатора - разработчика.
Методика расчета дисперсионных характеристик
Расчет зависимости коэффициента замедления и сопротивления связи от частоты для выбранной мной конструкции замедляющей системы программа WinHelix проводит в рамках модели спирально - проводящего цилиндра на основе решения дисперсионного уравнения спиральной ЗС. Вывод дисперсионного уравнения с учетом диэлектрических опор и геометрии металлических ребер, создающих продольную проводимость для спиральной ЗС дан в работе Л. Н. Лошакова и Ю. Н. Пчельникова. Однако в этих работах профиль и размеры проводника спирали не учитывались.
Поскольку в большинстве случаев для изготовления спиральных ЗС мощных ЛБВ применяется проводник с эллиптическим поперечным сечением, то учет его профиля и размеров можно провести, используя, так называемые, усредненные граничные условия. Такие условия, введенные Л. А. Вайнштейном, позволяют вместо решения сложной граничной задачи на проводниках вводить эквивалентные условия на некоторой гладкой поверхности.
В случае использования спирали, изготовленной из проводника эллиптического сечения с внутренним радиусом A, можно осуществить переход к спирали из бесконечно тонкой ленты, используя конформные отображения. В этом случае эквивалентная ширина бесконечно тонкой ленты T определяется из решения следующего уравнения
,(1)
Где H, Ф - шаг и угол намотки спирали, соответственно; 2U и 2V - толщина и ширина эллиптического проводника спирали.
Характеристики спиральных ЗС в металлическом экране с диэлектрическими стержнями, обычно рассчитывают приближенными методами на основе замены реального диэлектрика эквивалентной диэлектрической трубкой, относительная диэлектрическая проницаемость которой определяется как
,(2)
Где S - площадь поперечного сечения области между спиралью и экранирующей поверхностью, S0 - площадь поперечного сечения, занимаемая диэлектрическими опорами, - относительная проницаемость диэлектрических стержней, используемых в ЗС.
В результате эквивалентных замен осуществлен переход от конструкции ЗС с металлокерамическими опорами к эквивалентной системе, в которой пространство между спиралью и экраном заполнено однородным диэлектриком с проницаемостью Эфф. Поперечное сечение эквивалентной ЗС разбивается на три области: область внутри спирали (rA), в которой диэлектрик отсутствует =1; область между спиралью и элементами продольной проводимости (ARR) с диэлектриком, имеющем =Эфф; область между элементами продольной проводимости и экраном (Rrd) с диэлектриком, имеющем =Эфф.
Используя процедуру сшивания полей на границах областей эквивалентной системы в рамках модели спирально-проводящего цилиндра, записывается дисперсионное уравнение для рассматриваемой системы
(3)
Где I0, I1, K0, K1 - модифицированные функции Бесселя первого и второго рода нулевого и первого порядка, соответственно;
- волновое число.
Дисперсионное уравнение (3) относительно поперечной постоянной распространения (A) решается численно на ЭВМ. Найденное значение поперечной постоянной распространения позволяет рассчитать замедление рассматриваемой системы.
Величина сопротивления связи, характеризующая эффективность взаимодействия электронного потока с электромагнитным полем замедляющей системы, для свободной спирали определяется следующим выражением
,(4)
Где.
Влияние металлического экрана с продольно-проводящими ребрами и диэлектрических опор учитывается введением коэффициента, связывающего сопротивление связи рассматриваемой замедляющей системы и сопротивление связи свободной спирали
.
Выражение для определения коэффициента, полученное в [2] имеет следующий вид
Описание программы
В своем проекте я воспользовался такой программой, которая была разработана Хриткиным С. А. Название этой программы - WinHelix, слово Helix в переводе с английского означает "Спираль", а приставка Win значит, что эта программа работает под операционную систему Windows. Версия WinHelix 1.0.0 означает законченную (полную) программу. В качестве замедляющей системы программа использует спираль, отсюда и название ее. Сведения о программе WinHelix 1.0.0 представлены на рис.3.3
Рис.3.3 Сведения о программе WinHelix.
Программа WinHelix оснащена удобным и вполне понятным интерфейсом, который показан на рис. IV.2.
Рис.3.4. Интерфейс программы WinHelix.
При работе с ней не возникает таких вопросов, как рассчитать, выбирать, куда нажимать и что это значит, так как все подписано и расшифровано. Режим работы программы является оконным, что характерно для многих программ, работающих под Windows (это дает гибкость в работе, т. е. вы можете параллельно загружать и работать с другими программами).
Далее приведено описание ее главного меню, кнопок, вкладок и вывод результатов, как в графическом, так и в текстовом варианте:
Главное меню содержит три кнопки: Файл, Графики, Справка. Кнопка Файл содержит: Открыть, Сохранить, Выход.
Кнопка "Графики" содержит графическое изображение пяти графиков:
- 1) Коэффициент замедления (зависимость от частоты). 2) Сопротивление связи на поверхности спирали (зависимость от частоты). 3) Сопротивление связи усредненное (зависимость от частоты). 4) Волновое сопротивление (зависимость от частоты). 5) Затухание (зависимость от частоты).
Для моего проекта интерес представляют первые три графика, так как с ними связан мой численный расчет.
В кнопке "Справка" находится кнопка "О программе", которая предоставляет краткие сведения о самой WinHelix и об ее авторах.
Ниже главного меню установлены пять кнопок: "Открыть", "Сохранить", "Рассчитать", "О программе", "Выход". Это сделано для еще большего удобства и скорости работы с программой.
Ниже, слева от пяти кнопок, находятся два вкладыша: "Общие", "Геометрия". "Геометрия" включает в себя восемь пунктов входных данных, которые относятся к конструктивным параметрам замедляющей системы:
- 1) Средний радиус спирали (в моем случае равен 0,168 см). 2) Шаг спирали (в моем случае равен 0,09 см). 3) Коэффициент заполнения (в моем случае равен 0,45). 4) Радиус сплошного экрана (в моем случае равен 0,42 см). 5) Радиус продольно проводящего экрана. 6) Количество диэлектрических опор (в моем случае 3 штуки). 7) Угловой размер опоры (в моем случае равен 40°). 8) Диаметр провода спирали (в моем случае равен 0,02 см).
На рис. показаны почти все геометрические элементы, которые надо вводить во вкладыш "Геометрия". Отсутствует только коэффициент заполнения (3), так как он является отношением: радиус электронного пучка делим на средний радиус спирали. Диапазон коэффициента заполнения равен 0,4...0,6. На рис. IV.3. рассмотрена замедляющая система, которая участвовала в моем эксперименте.
Рис.3.5. Основные геометрические параметры ЗС.
1-Средний радиус спирали; 2-Шаг спирали; 3-Радиус электронного пучка; 4- Радиус сплошного экрана; 5-Радиус продольно проводящего экрана; 6-Диэлектрические опоры(3 штуки); 7-Угловой размер опоры; 8-Диаметр провода спирали.
Вкладыш "Общие" включает в себя четыре раздела: "Тип замедляющей системы", "Материал спирали и экрана", "Материал диэлектрических опор", "Границы частотного диапазона". В первых трех разделах нам предлагают выбрать данные из списка, а в четвертом их надо ввести. Эти разделы можно отнести к обобщенным данным о высокочастотном блоке.
Раздел "Тип замедляющей ситемы" предлагает нам выбор из семи пунктов:
- 1) Свободная спираль. 2) Спираль + Экран. 3) Спираль + Экран + Опоры. 4) Спираль + Продольно Проводящий Экран (ППЭ). 5) Спираль + ППЭ + Опоры. 6) Спираль + Экран + ППЭ. 7) Спираль + Экран + ППЭ + Опоры.
Рис.3.6 Семь типов замедляющих систем (в поперечном сечение).
Расчет программой велся относительно третьего пункта(Спираль + Экран + Опоры), чтобы сравнить результаты с линейным расчетом.
Раздел "Материал спирали и экрана" разделен на два пункта: "Спираль" и "Экран". В пункте "Спираль" надо выбрать материал спирали:
- 1) Молибден. 2) Вольфрам. 3) Медь. 4) Никель. 5) Серебро. 6) Золото.
В пункте "Экран" предлагают выбор материала экрана. Выбор материала спирали и экрана совпадают с 1) по 6). Для моей спирали и моего экрана был выбран материал Молибден.
Раздел "Материал диэлектрических опор" предлагает выбор из пяти пунктов:
- 1) Кварц. 2) Керамика 22XC9. 3) Бериллиевая керамика. 4) Нитрид бора. 5) Алмаз.
В моем эксперименте в качестве материала опор была выбрана Бериллиевая керамика (3).
Раздел "Границы частотного диапазона" предлагает ввести дипазон частот в ГГц. В нем содержатся три ячейки:
- 1) Нижняя (в моем случае 8 ГГц). 2) Верхняя (в моем случае 18 ГГц). 3) Шаг расчета по частоте (в моем случае 0,5 ГГц).
Ниже двух вкладышей находится табличка с результатами расчета. Показана на рис..
Рис.3.7 Таблица вывода результатов.
Справа от вкладышей расположен график, который можно выбрать в главном меню программы. Далее перейдем непосредственно к расчету электродинамических параметров замедляющей системы.
Расчет электродинамических параметров ЗС.
После ввода входных параметров ВЧ блока и нажатия кнопки "Рассчитать", на выходе получим результат, представленный как в текстовом варианте, так и в графическом. Результат расчета программой представлен в таблице 3.2
Табл.3.2. Данные, полученные в результате расчета программой (WinHelix).
Частота(ГГц) |
Замедление |
Rсв на пов.(Ом) |
Rсв пучка(Ом) |
Затухание(дБ/м) |
Волн. сопр.(Ом) |
8 |
6,174 |
140,953 |
102,8767 |
14,8717 |
122,56008 |
9 |
6,28295 |
131,5221 |
87,5154 |
16,6633 |
114,77504 |
10 |
6,37757 |
122,0585 |
73,3538 |
18,4538 |
107,50304 |
11 |
6,45766 |
113,3387 |
60,7775 |
20,239 |
100,81395 |
12 |
6,52371 |
105,0717 |
49,9447 |
22,0201 |
94,7298 |
13 |
6,57679 |
97,5336 |
40,8266 |
23,8014 |
89,23542 |
14 |
6,6183 |
90,7545 |
33,2766 |
25,5885 |
84,2921 |
15 |
6,64979 |
84,7093 |
27,0928 |
27,3868 |
79,8493 |
16 |
6,67275 |
79,3418 |
22,0622 |
29,2008 |
75,85313 |
17 |
6,69738 |
73,8617 |
18,656 |
31,8661 |
71.54530 |
18 |
6,71912 |
68,7084 |
15,7086 |
33,4018 |
68,44419 |
По данным табл.3.2. строятся пять графиков от частоты.
Рис.3.8. Зависимость коэффициента замедления от частоты.
Рис.3.9 Зависимость сопротивления связи (на поверх. спирали) от частоты.
Рис.3.10 Зависимость сопротивления связи (усредненное по сечению эл. потока) от частоты.
Рис.3.11 Зависимость волнового сопротивления от частоты.
Рис.3.12 Зависимость затухания от частоты.
Похожие статьи
-
Применение в ЛБВ спиральной замедляющей системы классической конструкции (рис.2.2.), то есть представляющей собой спираль, закрепленную в металлическом...
-
Вопросам разработки инженерного метода расчета усилительной ЛБВ со спиральной замедляющей линией посвящено сравнительно большое число работ. Все эти...
-
Выбрав конструкцию замедляющей системы, следует определить материалы, из которых она будет изготавливаться. Выбор материалов определяется требованиями к...
-
Общие вопросы При конструировании замедляющей системы обычно приходиться решать две основные задачи: 1. Выбор конструкции замедляющей системы ( диаметр и...
-
Расчет параметров замедляющей системы При проектировании замедляющей системы большое значение имеет достоверное определение таких электродинамических...
-
Электровакуумный прибор, работа которого основана на взаимодействии электронного потока и бегущей волны, впервые предложил и запатентовал американский...
-
В спиральных ЛБВ тепловые контакты между элементами, входящими в замедляющую систему, о важности которых говорилось выше, обычно обеспечиваются за счет...
-
Основными параметрами и характеристиками ЛБВ являются: 1) коэффициент усиления ; 2) диапазон рабочих частот ; 3) коэффициент шума ; 4) максимальная...
-
Конструкция лампа бегущий волна Создание сложных современных радиотехнических систем невозможно без целого ряда генераторных и усилительных электронных...
-
В основе усилительных и генераторных ламп бегущей волны в широком смысле слова лежит длительное взаимодействие электронов с бегущей электромагнитной...
-
Рядовая зубчатая цилиндрическая передача согласно кинематической схемы, приведенной в задании на проектирование соединяет выходной вал планетарного...
-
После описания звеньев системы определяем ее передаточную функцию, которая представляет собой произведение всех ПФ звеньев: (2.10) Подставляем в...
-
Надежность Расчетным показателем надежности для создаваемой системы является вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной...
-
Особенности проектирования систем управления ГПС - Виды автоматизированных производств
Состав и структура ГПС определяются содержанием выполняемого производственного процесса, который формируется на основе: конструктивно-технологических...
-
Выбор закона профилирования Применение закона профилирования и значительно упрощает технологию изготовления лопаток СА и РК, позволяет создать хорошую...
-
По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины различают погрешности (рис. 3.1): - аддитивные, не зависящие от измеряемой...
-
Алгоритм расчета надежности технических систем на этапе проектирования На этапе проектирования расчет надежности производится с целью прогнозирования...
-
Выбор закона крутки Для получения более высоких окружных скоростей в ступени осевого компрессора при обеспечении дозвукового обтекания лопаток может быть...
-
В последнее время наметился спрос на малые космические аппараты (МКА), которые могут выполнять различные задачи, как военного, так и мирного назначения....
-
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА КОРОБКИ СКОРОСТЕЙ Выбор оптимального варианта коробки скоростей очень сложен. Здесь большое значение имеют группы и типы...
-
Введение Внедрение современных компьютерных технологий на российских промышленных предприятиях позволяет им выжить и преуспеть на рынке...
-
Рис. 3.3. Схема замещения фазы асинхронного двигателя Полное сопротивление разветвления: Z R '( S ) = R R '( S ) + j* X R '( S ). Полное сопротивление...
-
Сжатые винты проверяют на устойчивость по условию устойчивости: , Где - расчетный коэффициент запаса устойчивости; - допускаемый коэффициент запаса...
-
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...
-
В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон R-22. В холодильнике с естественной циркуляцией принимается - температура кипения ХА; -...
-
В процессе создания инновационных вагонов необходимо выполнять прочностные расчеты их конструкций. Создание расчетных моделей, выполнение расчетов,...
-
Электрическое преобразование энергии выполняют различные устройства: тиристорные и транзисторные преобразователи переменного тока в постоянный,...
-
Разработка предварительных проектных решений по системе автоматизации Для управления и визуализации, диагностики и слежения за процессом на...
-
Определение приведенных факторов. Построение диаграмм. Расчет маховика, снижающего колебания скорости системы до заданного уровня, является частным...
-
Стальной аппарат с мешалкой. Он состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус! включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным...
-
В качестве электрической схемы генератора тактовых импульсов выберем мультивибраторный вариант его построения на биполярных транзисторах, которые...
-
Структурная схема предлагаемого дискретного анализатора частотного спектра сигнала, представленного в [7] как устройство для вычисления модулей...
-
Рассмотрим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы (рисунок 18): Рисунок 21 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы по каналу управления Исследуемая система устойчива, если ее...
-
Определение реакций в опорах быстроходного вала Рис.6.1. Эпюры моментов на быстроходном валу. На быстроходный вал действуют окружная и радиальная силы от...
-
Описание задачи проектирования Данная система предназначена для установки "Cannon Viking Maxfoam", которая в свою очередь предназначена для производства...
-
Параметры для нормирования шероховатости поверхности - Методы подготовки поверхности
Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (чаще поперечного), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью (чаще всего в...
-
Естественные характеристики асинхронного двигателя Наиболее точной механической характеристикой асинхронного двигателя является каталожная зависимость...
-
Защита и сигнализация, Расчет надежности системы - Производство бумаги
В процессе работы сортирирующего гидроразбивателя в котором проиходит сортировка макулатурной массы. Так как по технологическим требованиям процесс...
-
Для грузового лифта выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальные данные которого определены для повторно-кратковременного...
-
Определение силы инерции - Тяговый расчет Урала 4320
Р И (разгон, торможение) для равномерного движения равна Р И = 0. Результаты расчета сил сопротивления движению отдельно для груженного и порожнего...
Результаты первоначального расчета основных конструкционных параметров ЗС, Численное проектирование ЗС для ЛБВ в программе WinHelix - Определение оптимальных значений конструктивных параметров спиральной замедляющей системы лампы с бегущей волной