РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ЛБВ НА ВОЛНООБРАЗНО ИЗОГНУТОМ ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ

June 28, 2012 by admin Комментировать »

Аксенчик А. В., Кураев А. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск 220027, Беларусь тел.: 017-2398956, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by

Аннотация Представлена модель ЛБВ на волнообразно изогнутом прямоугольном волноводе с использованием эквивалентных четырехполюсников. В СМ-диапазоне длин волн расчетный электронный КПД нерегулярных релятивистских ЛБВ достигает 65%, полоса усиления до 30%.

I.  Введение

На рис. 1 показана схема прибора [3], в котором осуществляется дискретное взаимодействие прямолинейного электронного потока с полем ТЕ волны

Рис. 1. Схема 1WT-WB Fig. 1. Scheme ofTWT-WB

волнообразно изогнутого прямоугольного волновода. Назовем такой волновод WB (wavy bending) волновод. Электронный поток (или несколько электронных лучей) проходит через отверстия посередине широкой стенки волновода (в максимуме поперечного электрического поля). При оптимальных длинах труб дрейфа и фазах поля в зазорах модуляция электронного потока усиливается при выполнении условий синхронизма. Для обеспечения синхронизма необходимо так подобрать длины отрезков волновода и длины труб дрейфа, чтобы электрон при движении вдоль оси Y, попадал бы в поле^ ТЕЮ волны одной и той же фазы.

II.  Основная часть

Математическая модель. Описанная ЛБВ на волнообразно изогнутом прямоугольном волноводе (TWT-WB) (рис. 1) моделируется цепочкой эквивалентных четырехполюсников. Один четырехполюсник моделирует один пространственный полупериод волнообразно изогнутого прямоугольного волновода Ввиду того, что четырехполюсники моделируют отрезки одного и того же волновода, они оказываются согласованными во всем частотном диапазоне. В модели учитываются прямые и обратные волны, возбужденные поперечным электронным потоком, силы пространственного заряда и распределенные потери в волноводе. Используются релятивистские уравнения движения. Для аппроксимации распределения коэффициентов фаз четырехполюсников применен аппарат атомарных функций. Задача возбуждения TWT WB решается методом наложения [1, 2]. Для моделирования электронного потока используется метод крупных частиц. Электронный поток представлен, состоящим из N колец (или дисков), распределенных, при z = 0, равномерно на периоде

+ 2ж. Уравнение возбуждения для волны TEmn принимает вид:

где В = ®,ы0%2ХА ; е°(у) весовая функция пространственного распределения поля зазора, рассчитывается методом сеток; Е =-]С±тг1ю/лахх1 %г , Гпостоянная распространения TEmn волны. Уравнение возбуждения интегрируется одновременно с уравнениями движения. После интегрирования уравнения

возбуждения поле Еу TEmn волны в волноводе запишется в следующем виде:

Уравнение возбуждения и уравнения движения [2] образуют самосогласованную нелинейную систему уравнений TWT WB.

Результаты расчетов. При выборе размеров прямоугольных волноводов, ускоряющих напряжений, токов луча необходимо учитывать следующие факторы. Угол пролета в зазорах волноводов должен быть мал. В качестве длины d зазора будем считать размер узкой стенки волновода. Вставка трубок дрейфа в волновод для уменьшения зазоров, естественно, ведет к появлению отражений волны и поэтому желательно обходиться без вставок. В СМдиапазоне при размерах узкой стенки 0,5-1,0 см лишь при ускоряющих напряжениях более 200 кВ можно получить приемлемые результаты. В связи с небольшим эквивалентным сопротивлением волновода и низким сопротивлением связи при малом токе электронного луча не удается получить эффективного взаимодействия с ЭМ волной. Только при превышении некоторого порога по току луча получаются приемлемые коэффициент усиления и КПД более 10%. Таким образом TWT WB являются принципиально приборами большой мощности.

Проведены расчеты нерегулярных релятивистских TWT WB с ускоряющим напряжением 500 кВ, 1о=100 А, длина волны входного сигнала Л=3 см, размеры волновода а-3,5 см, b=d=1 см. Для числа зазоров N=33 получен электронный КПД rje =0,595, коэффициент усиления К, =28,8 дБ вариант В1.

При числе зазоров N=31, 1о=50 А получен электронный КПД г]е =0,597, коэффициент усиления Кр =17,4

дБ вариант В2.

Для длины волны входного сигнала Л =6 см, ускоряющего напряжения 500 кВ, 1о=50 А, размеров волновода а=4,8 см, b=d=1 см, числа зазоров N=17 получен расчетный электронный КПД rje =0,652, коэффициент усиления Кр =14,7 дБ вариант ВЗ.

На рис.2 приведены для варианта В2 зависимости электронного КПД и коэффициента усиления по

Рис. 2. Зависимости электронного КПД г]е и Кр от относительной

частоты W

Fig. 2. Dependence of electronic efficiency r]e and Kp upon relative

frequency W

мощности К от относительной частоты W = f / /0: Фивая 1-электронный КПД, кривая 2 коэффициент усиления Кг . Видно, что полоса усиления нерегулярной ЛБВ составляет 20-30%.

III.  Заключение

Приведенные в докладе результаты оптимизации показывают, что в СМ-диапазоне длин волн релятивистские ЛБВ на волнообразно изогнутом волноводе с ускоряющим напряжением 500 кВ, током луча 50 А могут иметь расчетный электронный КПД 65% , коэффициент усиления по мощности 15 дБ, полосу усиления до 30%.

IV.  Список литературы

[1] Аксенчик А. В., Кураев А. А., Синицын А. К. Оптимизация параметров нерегулярной ЛБВ на цепочке связанных резонаторов в полосе частот // Радиотехника, 2001, № 4, с. 21-26.

[2] Аксенчик А. В. Моделирование эффективных нерегулярных ЛБВ на ЦСР с использованием эквивалентных четырехи шестиполюсников // ЭВ и ЭС, 2002,Т.7. №3.

[3] Лебедев И. В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т.Н. Электровакуумные приборы СВЧ. Под ред. Н. Д. Девяткова. Изд. 2-е перераб. и доп., М., Высшая школа, 1972, с. 376.

RELATIVISTIC TWT ON THE WAVY BENT RECTANGULAR WAVEGUIDE

Aksenchyk A. V., KurayevA. A.

Byelarus State University of Informatics and Radioelectronics

P. Brovky str., 6, Minsk 220027, Republic Byelarus

Ph.:017-2398956, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by

Abstract. The model of a TWT on the wavy bent rectangular waveguide with use of equivalent quadripoles is presented. It is shown that the irregular relativistic TWT may have calculated electronic efficiency 65 % and 30% gain band in a S-band.

I.  Introduction

Fig. 1 shows the scheme of the device [3], where the discrete interaction of a rectilinear electronic beam with a field ТЕ waves of the wavy bent rectangular waveguide is realized. Let us name it WB (wavy bending) waveguide. Electron-beam passes through apertures in the middle of the waveguide wide wall (at the peak of a cross electrical field). At optimal drift tube lengths and field phases in gaps, the electronic beam modulation increases. It is a result of an interaction of a wave and grouped electronic beam in gaps. To provide synchronism, it is

necessary to calculate waveguide piece lengths £ and drift tubes lengths so that, while moving along Y-axis, electron would get to the same phase of field Ey of wave TEl0.

II.  Main part

TWT WB mathematical model is simulated by a chain of equivalent quadripoles (Fig. 1). One quadripole simulates one space wavy bent rectangular waveguide half-wave of bending. Whereas the quadripoles simulate section of the same waveguide, they still match at each frequency. Forward and backward waves excited by a cross electron beam as well as forces of a space charge and distributed losses in a waveguide were taken into account in model. The relativistic equations of movement are used. The atomic functions are used for distribution coefficient approximation of quadripoles phases. The task of TWT WB excitation is decided by superposition method [1, 2].

The irregular relativistic TWT WB with an accelerating voltage Uo =500 kV l0=50 A for lengths of waves X =3 cm are calculated. Number of gaps N is 31; the sizes of a waveguide area=3.5 cm and b =1 cm; gaps length (waveguide without inserts) d = b and are 1 cm. The efficiency is 0.597 while gain is 28.8 dB.

Fig. 2 represents dependencies of power gain Кp and electronic efficiency fj from relative frequency W = f / /„: a curve 1 electronic efficiency, curve 2 power gain К^ . The band of gain of this variant reaches 20-30 %.

III.  Conclusion

It is shown that irregular relativistic TWT on the wavy bent waveguide with an 500 kV accelerating voltage and 50 A beam current has calculated electronic efficiency of 65 %, 15-29 dB power gain and 30 % gain band in a S-band.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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