МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОЛУЧЕВОЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОИ СИСТЕМЫ МИНИАТЮРНОЙ «ПРОЗРАЧНОЙ» ЛБВ

May 19, 2012 by admin Комментировать »

Голеницкий И. И., Духина Н. Г. Федеральное государственное унитарное предприятие НПП «Исток» 141190, Московская область, г. Фрязино, Вокзальная 2а, Россия Fax: (095) 46 58686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Рис. 1. Расчетная область ЭОС (1/2 системы).

Аннотация – Приведены результаты моделирования системы формирования 36-лучевого электронного потока для миниатюрной «прозрачной» ЛБВ с МФС на постоянных магнитах Исследована физическая природа ограничения токопрохождения многолучевого потока сквозь тонкие (0.4 мм) пролетные каналы, связанная с поперечной составляющей магнитного поля в межполюсном зазоре МФС. Путем оптимизации МФС определены условия эффективного подавления поперечной составляющей для достижения полного токопрохождения на коллектор.

I.  Введение

Возможность многократного увеличения перве- анса многолучевых потоков по сравнению с однолучевыми положила начало развитию нового перспективного направления в электровакуумном приборостроении, связанного с созданием целого класса многолучевых ЭВП СВЧ различного применения, с разным уровнем выходной мощности в широком частотном диапазоне [1].

ЭОС многолучевых ЭВП СВЧ в силу своих конструктивных особенностей отличаются асимметрией в расположении парциальных лучей и магнитных масс МФС относительно общей оси прибора и их адекватное математическое описание возможно только с помощью более точных, но в то же время более трудоемких и недостаточно апробированных трехмерных математических моделей. Поэтому на протяжении длительного периода при проектировании многолучевых ЭОС ограничивались применением упрощенных, но оперативных методов расчета, основанных на двумерных моделях ЭОС и МФС и электронного потока [2, 3]. На современном этапе развития технологий компьютерного моделирования физических процессов в ЭВП СВЧ открылась перспектива более глубокого исследования и проектирования многолучевых ЭОС на основе трехмерных моделей [4].

Fig. 3. Distribution of B±=V(Bx2+By2) at the z=8.3mm plane (a), and |B| distribution at a cathode magnetic pole (b)

Ниже приводятся результаты трехмерного расчета многолучевой ЭОС миниатюрной ЛБВ [5].

II.  Результаты расчета

Puc. 3. Распределение модуля поперечной составляющей индукции поля в плоскости z=8.3 (а); модуля индукции поля (Ь) в отверстиях ПН.

Многолучевая ЭОС представляет собой электронную пушку с плоским катодом и 36-и эмиттерами диаметром 0.3 мм, центры которых расположены на трех концентрических окружностях с диаметрами 0.5, 1 и 1.5 мм Соосно эмиттерам на небольшом расстоянии от катода (~ 0.1 мм) располагается тонкий (~ 0.1 мм) фокусирующий (он же управляющий), изолированный от катода электрод под небольшим положительным потенциалом 60 В. Потенциал анода 2300 В, ток пучка 300 мА. В анодном блоке выполнен ряд соосных пролетных каналов диаметром 0.4 мм. Для повышения технического КПД многолучевой «прозрачной» ЛБВ коллектор изолирован от анодного блока для рекуперации остаточной энергии потока и имеет потенциал порядка 1300 В. Общий вид ЭОС представлен на Рис.1.

Fig. 1. Calculated area of the electron-optical system (1A of the total system)

Рис.2 Расчетная область МФС (1/4 системы).

Fig. 2. Calculated area of the magnetic system (% of the total system).

Fig. 4. Field distribution along the axis of a partial channel 1 for B1 and Bz

Для фокусировки потока используется МФС на постоянных магнитах (Рис.2.) Магниты в виде прямоугольных брусков намагничены в поперечном направлении и располагаются на двух противоположных поверхностях катодного (ПН) и коллекторного (КП) полюсных наконечников, что обусловлено необходимостью размещения узлов ввода-вывода энергии ВЧ-поля.. Протяженность межполюсного зазора равна 27 мм; поперечные размеры ПН и КП – 30×30 мм2; размеры магнитов первого ряда – 30x30x10 мм ; второго ряда – 30x30x5 мм3. Размер наружного магнитопровода -64x25x8 мм33.

Расчет МФС с учетом нелинейных свойств материалов (ВН-кривых для магнита КС-25 и стали «арм- ко») показал, что асимметрия расположения магнитных масс является причиной появления азимутальной неоднородности магнитного поля в области прохождения парциальных пучков.

Максимальная индукция поля имеет место в перемычках между отверстиями (Рис.З) и по сечению наружного магнитопровода.

Продольная компонента поля практически одинакова для всех пролетных каналов. В центре рабочего зазора обычно имеет место незначительный провал, а в областях пушки и коллектора – характерное поле рассеяния противоположного направления (Рис. 4). Поперечная составляющая имеет место не только в отверстиях ПН и КП, как это принято считать по аналогии с МС соленоидального типа, но и в рабочем зазоре между катодным и коллекторным ПН (Рис.4). Воздействие ее на парциальные пучки значительно сильнее, чем в отверстиях ПН и КП, благодаря большему времени пролета электронов в межпо- люсном зазоре.. Вектор поперечной составляющей поля меняет свое направление на 180° в середине межполюсого зазора. Максимальная величина его имеет место в пролетных каналах наружного ряда, расположенных в том направлении, где отсутствуют магнитные массы. Именно в этих отверстиях на середине каналов имеет место максимальный поперечный дрейф центров парциальных пучков, направление которого примерно совпадает с направлением вектора поперечной составляющей поля (Рис.5).

Рис. 5. Проекции траекторий периферийных парциальных пучков на меридиональную плоскость.

Рис. 4. Распределение вдоль оси парциального канала № 1 продольной (а) и поперечной (б) составляющих индукции поля.

Fig. 5. View of electron trajectories projected on a YOZ coordinate plane

Под воздействием поперечной составляющей поля центр парциального пучка дрейфует на первой половине межполюсного зазора к стенке пролетного канала, так что в некоторой степени условное заполнение пучком пролетного канала достигает ~ 0.8. На второй половине пути центр пучка повторяет свое движение уже в обратном направлении, возвращаясь в центр канала, но с размытым поперечным сечением.

Близкое к симметричному (относительно оси парциального канала) распределение плотности тока по сечению пучка сохраняется на относительно коротком начальном участке области дрейфа. В середине межполюсного зазора имеет место максимальное удаление центра пучка от оси канала и асимметричное распределение плотности тока по сечению (Рис.6).

В коллекторной области многолучевой поток начинает вращаться как единое целое относительно оси под действием симметричного относительно оси МС поля рассеяния. (Рис.7) Максимальная величина плотности тока 0.34 А/см2 (удельной мощности 442 Вт/см2) имеет место на начальном участке коллектора. На дне коллектора они соответственно возрастают до 0.5 А/см2 и 650 Вт/см2 (Рис. 8).

III.                                      Заключение

Принципиальной особенностью практически всех систем формирования многолучевых электронных потоков в ЭВП СВЧ является присутствие попереч- нои составляющей электрических и магнитных полей в области прохождения парциальных пучков.. На основе рассмотренного в данной работе метода, в котором используются трехмерных модели потока и МФС, показана возможность уменьшения возмущающего воздействия на парциальные пучки поперечных составляющих электрических и магнитных полей путем оптимизации параметров ЭОС и МФС. Аналогичный подход представляется пполезным при проектирования электронно-оптических систем широкого класса многолучевых ЭВП СВЧ с малыми потерями тока в резонаторной системе и высоким уровнем средней мощности.

IV.  Список литературы

1. А. N. Korolev, S. A. Zaitsev, 1.1. Golenitskij, etc. Traditonal and Novel Vacuum Electron Devices. lEEEtrans. Electron Devices, vol.48, pp.2929-2937

2.  Развитие теории и проектирования СВЧ электровакуумных приборов / В. Г. Бороденко, И. М. Блейвас,

А. В. Галдецкий, И. И. Голеницкий и др.// Электронная техника. Сер. 1, СВЧ-техника. 1995. Вып.1 (465). С.45-77.

3.  Программа для моделирования осесиммет-ричных и плоских электронно-оптических систем./ И. И. Голеницкий, Т. П. Кущевская, С. А. Румянцев // Электронная техника. Сер.1. СВЧ-техника. 2001. Вып.2. (478). С.65-70.

4.  /. I. Golenitskij, N. G. Dukhina, Е. I. Kanevsky. A comprehensive computation of 3D optoelectronic and magnetic focusing systems. Electron. Techn., ser.1, no. 2. pp.40-46, 2003, Elec- tronica SVCH.

5.  В. V. Sazonov, A. S. Pobedonostsev. Multi-beam "transparent” TWTs amplifying chains on their basis. Electron. Techn., ser.1, no. 2. pp.5-8, 2003, Electronica SVCH.

SIMULATING A MULTIBEAM ELECTRON-OPTICAL SYSTEM OF A ‘TRANSPARENT’ MINI-TWT

Golenitskiy I. I. , Dukhina N. G.

‘RPC istok’ Federal State-Owned Unitary Enterprise 2a Vokzalnaya St., Fryazino,

Moscow Region, Russia, 141190 Fax: (095) 4658686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Рис. 8. Распределение плотности тока на коллекторе.

Fig. 8. Current density distribution at a collector

Abstract — The results of simulating a 36-beam electron stream shaping system for a ‘transparent’ mini-TWT built on permanent magnets are presented. The physical nature of limitations on the multibeam electron stream transmission through thin (0.4mm) transit channels has been studied. The level of the stream transmission is determined by the amplitude of the magnetic field transversal component in a gap between the poles of a magnetic system. Optimization criteria for such magnetic systems are proposed. A complete delivery of the multibeam stream to the collector is provided.

Рис. 6. Распределение плотности тока по сечению парциального пучка.

Fig. 6. Current density distribution along a transversal stream section

Puc. 7. Общий вид траекторий многолучевого потока в пространстве от катода до коллектора

(а) и у катода (Ь).

Fig. 7. A general view of electron trajectories between cathode and collector (a) and at a cathode (b)

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