ГИРО-ЛБВ НА НЕРЕГУЛЯРНОМ КОАКСИАЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ

July 29, 2012 by admin Комментировать »

Колосов С. В., Кураев А. А., Лавренов А. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 220013, Беларусь, г. Минск, П. Бровки 6 т.(375-17)239-89-95, e-mail: Kolosov@bsuir.unibel.by

В новой системе координат уравнения Максвелла для волны Н01 будут выглядеть следующим образом [1]:

Здесь V = al-\a2-ai\В новой системе координат

фазовая компонента электрической напряженности ВЧ поля для регулярного коаксиального волновода примет вид:

Ё’=А-ё-е = A ■ j\ J‘^p\N’°]. eja

\j’0(xml2) N[(xJ 2)J где Xoi есть корень следующего уравнения

—<к^>=0 и он равен Yoi=4.39428. J’oiXoJl) К{хт!2)

На базе приведенной выше теории была создана программа расчета и оптимизации гирорезонансных приборов на нерегулярном коаксиальном волноводе.

2.  Результаты расчетов

Были проведены расчеты Гиро-ЛБВ сначала на регулярном коаксиальном волноводе с параметрами V0=450Kb, l0=540A, q=vt/vz=1.5, Kin=Pin/V0l0=0.01, F=H/HS= 1.4714, д1=2ттЬ1/А=3, д2=2ттЬ2/А=6.36, l=L/A=4.75. КПД такого прибора достигает 39%.

Поиск оптимальных распределений магнитостатического поля F и профиля волновода g-i и д2 позволил повысить КПД до 49%. На рис.2 приведены интегральные характеристики этого варианта ГироЛБВ

Z //„

Рис./ Fig. 2

Здесь F1 функция фазовой группировки электронного потока [3]. Как было показано в [3] для достижения высокого КПД внешняя поверхность волновода к концу рабочей области должна сужаться, а внутренняя поверхность волновода расширяться.

Магнитостатическое поле имеет при этом два минимума и 3 максимума. Нерегулярная Гиро-ЛБВ имеет более широкую полосу усиления 27% по сравнению с регулярной, где полоса составляет 18% (Рис.З).

Было проведено также исследование влияние начального углового разброса скоростей электронов на эффективность работы Гиро-ЛБВ.

На рис.4. приведены зависимости КПД от величины углового разброса скоростей электронов для регулярной и нерегулярной Гиро-ЛБВ. При расчете влияния углового разброса использовалась 5 компонентная модель электронного потока, в каждой из которых было по 24 электронных частиц.

Рис./ Fig. 3

Рис./ Fig. 4

3. Заключение

Результаты моделирования и расчетов показали, что использование нерегулярного коаксиального волновода и неоднородного магнитостатического поля позволяют повысить КПД Гиро-ЛБВ на 10%, а также расширить полосу усиления 9%. Начальный угловой разброс скоростей электронов при этом влияет на КПД почти одинаково для обоих вариантов Гиро-ЛБВ.

4. Список литературы

1.       Свешников А. Г. Нерегулярные волноводы //

Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1959, т. 29, с. 720-723.

2.       Kolosov S. V., Kuraev A. A. The nonlinear theory of gyroresonance devices with irregular electrodynamic system // Electromagnetic Waves and Electronic Systems, 1998, Vol.3, N.2, p. 35-44.

3.       Kurayev A. A., Kolosov S. V., Stekolnikov A. F., Slep-

yan G. Y and Slepyan A. Y. TWT-gyrotrons: Non-linear theory, optimization and analysis// Int. J. Electronics,

1988, vol. 65, N.3, p.437-462.

GYRO-TWT ON IRREGULAR COAXIAL WAVEGUIDE

Kolosov S. V., Kurayev A. A., LavrenovA. A.

Belarussian State University of Informatics and Radio Electronics 6 P. Brovki Str., Minsk, Belarus, 220027 e-mail: kolosov@gw.bsuir.unibel.by

Abstract This paper describes the theory of a H0i wave excitation in irregular coaxial waveguides. This theory is based on the coordinate transformation technique. Results of optimizing an irregular gyro-TWT are presented.

1.  Foundations of the theory

The structure of an irregular coaxial waveguide is shown in Fig. 1: bi and b2 are radii of inner and outer cylinders of a coaxial waveguide. They are functions of the longitudinal coordinate Z. The coordinate transformation technique [1, 2] allows the problem of irregular waveguide surfaces to be reduced to that of regular cylinders with radii 0.5 and 1 respectively. For this purpose, one may use the following coordinate transformation:

A. i mm

Рис. 2

Fig. 2

поверхности, qn нагруженная добротность в тысячах. п число полуволн между зеркалами. Затем учитывалась неоднородность ВЧ поля по ширине и толщине электронного потока коэффициентами ах и ау [6] Окончательное выражение для вычисления параметра эффективности было G =ax2ay2Go. После вычисления G по ранее полученным зависимостям работы [1] находятся величины Lr|e. Так как известна величина L = 2л1\1/(1+Ь) = 179,5, то определяется г|е. КПД в нагрузке г|н =r|er|op, а КПД открытого резонатора г)0р — 1 Qh/Qo и зависит при известных значениях QH от величины Qo. Как видно на рис. 1, теоретическая величина Qo в рассматриваемом диапазоне равна 20×103. Так как в расчёте предполагалось, что рабочий ток на высокочастотном конце диапазона перестройки равен 1А, и напряжение соответствует параметру b = 0,05,т.е. U =20870В, то микропервеанс Рц был равен 0,3334. Это даёт возможность, зная рабочее напряжение, вычислить рабочий ток для всех длин волн и, так как КПД в нагрузке г|н =г|еЛор также известен, определить выходную мощость прибора РвыхНа рис.2 представлены зависимости выходной мощности прибора от длины волны для двух значений собственной добротности ОР: теоретической и в 2,5 раза меньшей.

Проведена теоретическая оценка КПД и выходной мощности экспериментального макета мощного импульсного оротрона, перестраиваемого в 20% полосе в 3-ёх миллиметровом диапазоне волн. Оценка проведена на основе приближённой аналитической теории. Исходными параметрами служили параметры реального макета прибора, исследование работы которого началось и будет завершено в ближайшем будущем. Как показал расчёт, выходная мощность в диапазоне перестройки изменяется от сотен ватт до единиц кВт и существенным образом зависит от собственной добротности открытого резонатора и неоднородности ВЧ поля по толщине электронного потока, определяемой конструкцией периодической структуры.

I.    Список литературы

[1]  Цейтлин М. Б., Мясин Е. А., Нутович П. М. Радиотехника и электроника.1989. Т.ЗЗ. №3 .С. 580.

[2]  Мясин Е. А, Евдокимов В. В, Ильин А. Ю, Чигарев С. Г. —

В кн.: 12-я Международная Крымская конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2002). Материалы конференции [Севастополь, 9-13 сентября 2002 г.]. — Севастополь: Вебер, 2002, с. 196197. ISBN 966-7968-12-Х, IEEE Cat. Number 02ЕХ570.

[3]  Русин Ф. С, Богомолов Г. Д. Письма ЖЭТФ. 1966. Т. 4. Вып. 6. С. 236.

[4]  Myasin Ye. A. 27-th Int. Confer, on Infrared and MM Waves. 2002. September 22-26.San Diego. USA. Confer. Digest,

P.229.

[5]  Русин Ф. С., Богомолов Г. Д. "Электроника больших мощностей". Сборник 5. М.: Наука, 1968. С. 38.

[6]  Белявский Б. А, Цейтлин М. Б. Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28. №6. С.1171.

ESTIMATE OF POWERFUL W -BAND OROTRON PARAMETERS

Myasin Ye. A., Evdokimov V. V.,

Ilyin A. Yu., Chigarev S. G.

Institute of Radio Engineering and Electronics, RAS 141190, Fryazino, Moscow region, Vvedenskogo sq. 1 Tel. (095) 526-9154, fax (095) 702-9572 e-mail: earn 16 8(d)ms. ire, rssi. ru

We investigated some generation peculiarities, which can play the essential role in of powerful orotrons tuning. The results of theoretical estimation of output power and efficiency of the pulse W-band orotron are represented. The approximate analytic theory was used.

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