ОПТМИЗАЦИЯ В ПОЛОСЕ ЧАСТОТ МОЩНОГО МНОГОЛУЧЕВОГО КЛИСТРОНА СО СДВОЕННЫМИ НЕСВЯЗАННЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ (КЛАСТЕРАМИ)

April 26, 2012 by admin Комментировать »

Догадин А. С., Белуга И. Ш., Морозова В. А., Победоносцев А. С., Пугнин В. И., Румянцев С. А., Юнаков А. Н. Федеральное государственное унитарное предприятие НПП «Исток» 141190, Московская область, г.Фрязино, Вокзальная 2а, Россия Fax: (095) 46 58686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Аннотация – Представлены результаты полосовой оптимизации мощного 10™ резонаторного 30™ лучевого МЯК С-диапазона, содержащего в группирующей секции три кластера, по два резонатора каждый. В качестве метода оптимизации использовался так называемый метод «Simulated annealing»[5], в основе которого лежит управляемый случайный поиск.

I.  Введение

Создание многолучевых клистронов (МЛК) явилось важным этапом в развитии вакуумной СВЧ электроники [1]. Одним из серьезных преимуществ МЛК по сравнению с однолучевыми клистронами является широкая полоса МЛК, позволяющая им в ряде случаев конкурировать по этому параметру с мощными ЛБВ на цепочке резонаторов, обеспечивая при этом более низкие напряжения, высокий электронный КПД и более низкую фазовую чувствительность [1].

Другим заметным шагом в создании широкополосных клистронов явилась разработка конструкций клистронов с двойными или тройными близкорасположенными несвязанными резонаторами (кластерами) в группирующей секции прибора [2]. Кластерные схемы клистронов (однолучевых) обеспечили достижение в мощных клистронах весьма широкой полосы (до 20%) [3].

При проектировании и разработке широкополосных клистронов часто используются математические методы оптимизации, основанные на тех или иных методах поиска экстремума функции многих переменных [4]. Феноменально возросшие за последние десятилетия вычислительные ресурсы компьютеров позволяют сегодня использовать для оптимизации расчетов трудоемкие, но весьма эффективные методы поиска [5].

В настоящей работе представлены результаты полосовой оптимизации мощного 10™ резонаторного 30™ лучевого МЛК С-диапазона, содержащего в группирующей секции три кластера, по два резонатора каждый. В качестве метода оптимизации использовался так называемый метод «Simulated annealing» [5], в основе которого лежит управляемый случайный поиск.

II.  Основные результаты

На рис.1 приведены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) выходной мощности и КПД мощного Юти резонаторного клистрона, полученные в результате оптимизации клистрона. В варианте рис.1 все группирующие резонаторы равномерно с одинаковыми длинами дрейфа распределены по длине клистрона. В выходном каскаде клистрона использованы три связанных резонатора (фильтровая система). Из рассмотрения рис.1 видно падение мощности и КПД на коротковолновом

краю полосы (неравномерность АЧХ 1,23 дБ). Общая ширина полосы составляет 350 МГц. Мощность входного сигнала одинакова на всех частотах полосы клистрона. Падение выходной мощности и КПД на коротковолновом краю полосы здесь связано с негативным влиянием нулей усиления резонаторов группирователя в этой части полосы.

Использование в том же клистроне кластерной схемы расположения резонаторов (три кластера на два резонатора каждый) при сохранении длины прибора и общего числа резонаторов равным 10, позволяет избавится от влияния нулей усиления группирующих резонаторов в высокочастотной части полосы и получить в полосе 350 МГц АЧХ с весьма низкой неравномерностью (0,5 дБ).

Увеличение числа резонаторов рассматриваемого клистрона до14 при некотором увеличении длины прибора и сохранением кластерной схемы построения прибора (пять кластеров по два резонатора каждый), а также при использовании активного двухзазорного резонатора в выходном каскаде, позволило увеличить полосу клистрона до 500 МГц при постоянной входной мощности в полосе частот.

Выходная мощность, КПД в рабочем диапазоне

Рис. 1. АЧХ и КПД клистрона без схемы кластеров. Fig. 1. AF-plot & efficiency of conventional MBK

Выходная мощность, КПД в рабочем диапазоне

Рис. 2. АЧХ и КПД клистрона с схемой кластеров. Fig. 2. AF-plot & efficiency of cluster cavity klystron

I.    Заключение

Использование кластерной схемы расположения резонаторов группирователя в мощных МЛК позволяет улучшить полосовые характеристики многолучевых клистронов: ширину полосы, КПД и неравномерность АЧХ.

II.   Литература

1.   Е. A. Gelvich and other, IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 41, no 1. Pp. 15-19

2.   R. S. Symons, U. S. Patent, No. 4, 800, 322

3.   R. K. Parker and other, IEEE Trans. Microwave Theory and Teach, vol. 50, No. 3, p. p. 835-845, 2002

4.   В. Г. Бороденко и др. Электронная техника, сер.1, Электроника СВЧ, № 1, стр. 111-121, 1997

5.   S. Kirkpatrick, С. D. GelattJr., М. P. Vecchi. Optimization by Simulated Annealing. Science, 13 May, vol. 220, #4598, 1983.

BANDWIDTH OPTIMIZATION OF POWER CLUSTER CAVITY MBK

Beluga I. I., Dogadin A. S., Morozova V. A., Pobedonostcev A. S., Pougnin V. I., RumyantsevS. A., YunakovA. N.

FSUE “RPC Istok"

Vokzalnaja, 2a, Fryazino, Moscow region, Russia, 141190 Fax: (095) 4658686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Abstract – The results of the cluster cavity klystron bandwidth optimization have been presented. Cluster schemes of multi-beam klystron permit to improve bandwidth parameters of klystron: bandwidth value, efficiency, frequency response uniformity.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты