МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕРЕГУЛЯРНЫХ ЛОВ НА ВОЛНООБРАЗНО ИЗОГНУТЫХ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ВОЛНОВОДАХ

February 25, 2013 by admin Комментировать »

Аксенчик А. В., Кураев А. А., Орлов В. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки 6, Минск, 220027, Беларусь тел.: 017-2938498, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by

I.                                       Введение

Рис. 1. Зависимости электронного КПД и волнового от нормированной длины прибора Т.

в опубликованных ранее работах [1-2] приведена схема ЛБВ на волнообразно изогнутых (WB – wavy bending) прямоугольных волноводах и описана математическая модель с использованием эквивалентных четырехполюс-ников. В таком приборе электронный поток пересекает волнообразно изогнутый прямоугольный волновод посредине широкой стенки (в максимуме поперечного электрического поля). При определенных длинах труб дрейфа и фазах поля в зазорах происходит не только увеличение модуляции электронного потока, но и за счет возбуждения обратной волны возникает самовозбуждение прибора. Возбужденная обратная волна, с увеличивающейся амплитудой от конца к началу прибора, переносит преобразованную энергию электронного потока в начало области взаимодействия – на выходной конец волновода в согласованную нагрузку (антенну и т. д.).

II.                              Основная часть

Fig. 1. Dependences of device Т on normalized lengths for electron efficiency and wave efficiency

В таблице 2 для оптимальных вариантов ЛОВ с разными токами луча Ь приведены значения электронного КПД для ускоряющего напряжения Uo = 800 кВ, число зазоров N=5.

Таблица 2. Table 2.

Математическая модель. Данная ЛОВ WB моделируется цепочкой эквивалентных четырехполюсников. Каждый четырехполюсник моделирует одну секцию (полуволну волнообразно изогнутого прямоугольного волновода). На конце волновода (в области коллектора) поглощающая нагрузка с сопротивлением Z*

1о [ΚΑΙ

17

2,0

2,5

3,0

Ve

0,187

0,166

0,214

0,291

–  равным волновому сопротивлению волновода. Так как четырехполюсники моделируют отрезки одного и того же волновода, они оказываются согласованными и при изменении частоты в отсутствие наведенного тока. 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 применяется аппарат атомарных функций. Задача возбуждения ЛОВ WB решается методом наложения [3].

Проводились расчеты ЛОВ для ускоряющего напряжения 1000 кВ, размеры волновода а=4,6 см, Ь=2 см, ток луча 5кА, расчетный электронный КПД 77^=0,14, выходная мощность 700 МВт.

Проведена оптимизация регулярной ЛОВ ММ- диапазона: длина волны 0,8 см, ускоряющее напряжение 35 кВ, число зазоров N=25, размеры волновода а=0,42 см, Ь=0,05 см, ток луча 4 А, количество лучей – 8, электронный КПД η^=0,^0, выходная мощность 15 кВт.

Режим самовозбуждения на определенной частоте достигается, когда поле в конце волновода (на нагрузке Zw) близко к нулю. При этом энергия сгруппированного электронного луча преобразуется, в основном, в энергию обратной волны.

Для расчетов ЛОВ WB использовался волновод с размерами а= 4,6 см, Ь= 1 см, радиус электронного луча г = 0,6 см, длина волны генерации λ =6 см. В таблице 1 для оптимальных вариантов ЛОВ с разными токами луча 1ои разным числом зазоров N (изогнутых секций волновода) приведены значения электронного КПД

(ускоряющее напряжение Uo = 400 кВ).

Оптимизировались регулярные ЛОВ субмилли- метрового диапазона: длина волны 0,05 см, ускоряющее напряжение 12 кВ, число зазоров N=39, размеры волновода а=0,03см, Ь=0,003 см, один луч, ток луча

0,    1 А, электронный КПД /7^=0,00068, выходная мощность 220 мВт. Для увеличения выходной мощности проводилась оптимизация двухсекционного прибора – ЛОВ-ЛБВ. Первая секция ЛОВ имеет 29 зазоров, электронный КПД /7^=0,00025, вторая секция ЛБВ содержит 42 зазора, электронный КПД /7^=0,00294, выходная мощность 1,2 Вт.

1,             КПД

N

1о [А]

250

500

800

1000

1400

9

0.402

0.491

7

0.238

0.307

0.304

5

0.317

0.365

0.292

На рис. 1. приведены зависимости КПД и волнового КПД       от нормированной длины прибора Т

электронного     для ускоряющего напряжения

Uo = 400 kB, тока луча 1о =500 А, N=5 (см. табл. 1.), выходная мощность 100 МВт.

Табл. 1. Table 1.

Аннотация – В математической модели ЛОВ на волнообразно изогнутых волноводах используется цепочка эквивалентных четырехполюсников. Приведены результаты оптимизации релятивистских ЛОВ СМ-диапазона длин волн с ускоряющими напряжениями 400…1000 кВ, токами 0,25…5кА, а также ЛОВ миллиметрового и субмиллимет- рового диапазонов.

2,     

III.                                  Заключение

Приведенные результаты оптимизации генераторов на лов WB показали, что возможно генерирование СВЧ колебаний сверхвысокой мощности в СМ- диапазоне с расчетным электронным КПД 14…50% для ускоряющих напряжений 400… 1000 кВ, при токах электронного луча 0,2…5кА, с выходной мощностью 100…700 МВт.

В ММ-диапазоне генераторы ЛОВ могут иметь расчетный электронный КПД 10%. В субмиллимет- ровом диапазоне для описанной конструкции генераторов может быть получена выходная мощность

0,        2… 1,2 Вт.

IV.                           Список литературы

[^] Аксенчик А. В., Кураев А. А. Нерегулярная ЛБВ на волнообразно изогнутом прямоугольном волноводе // Материалы 14-ой Международной Крымской микроволновой конференции КрыМиК’о 2004, -2004. -С. 187-188.

[2]  АксенчикА. В., Кураев А. А. Электродинамический расчет нерегулярной ЛБВ на волнообразно изогнутом прямоуголь^ ном волноводе // Радиотехника, 2005. № 3. -С.19-21.

[3]  Аксенчик А. В., Кураев А. А., Синицын А. К. Оптимизация нерегулярных ламп обратной волны 0-типа на цепочках связанных резонаторов // Радиотехника и электроника, – 2005, -Т.50. -N5. -С.632-637.

MODELLING OF IRREGULAR BWO ON WAVY BENT RECTANGULAR WAVEGUIDES

Aksenchyk A. V., Kurayev A. A., Orlov V. A.

Byelarusian State University of Informatics and Radioelectronics

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

Ph.:017-2938498, e-mail: kurayev@bsulrunlbel.by

Abstract – The chain of equivalent quadripoles as mathematical model of BWO on wavy bent rectangular waveguides are used. Results of optimization of relativistic cm- band BWO with accelerating voltage 400 … 1000 kV, currents 0,25 … 5 kA, as well as mm and sub-mm BWO are represented.

I.                                         Introduction

In [1 -2] the scheme of TWT on wavy bent (WB – wavy bending) rectangular waveguides is resulted and the mathematical model using equivalent quadripoles is described. In such device electron beam crosses rectangular waveguide in the middle of wide wall (in the maximum of cross electrical field). At the certain lengths of drift tubes and field phases in gaps besides increasing of electron beam modulation, self-excitation takes place because of excitation of backward wave device. The excited backward wave, with increasing amplitude from the end to the beginning of the device, transfers the transformed energy of electron beam to the beginning of interaction area.

II.                                        Main Part

Mathematical model. The given BWO WB is simulated using the chain of equivalent quadripoles [1]. Forward and backward waves are excited by cross-section electron beam, forces of space charge and the distributed losses in a waveguide are considered. Relativistic equations of electron movement are used. The atomic functions are applied for approximation of phases distribution in quadripoles. The problem of BWO WB excitation is decided using superposition method [3].

For calculation of BWO WB, we used a waveguide with sizes a = 4,6 cm, b = 1 cm, radius of electron beam r = 0,6 cm, generation wavelength – 6 cm. In table 1 values of electron efficiency ?7e for optimum BWO variants with different beam currents loand different number of gaps N (bent sections of a waveguide) are presented (accelerating voltage Uo = 400 kV). Calculations for accelerating voltage lOOOkV, a=4,6 cm,

b=2 cm, beam current 5kA, electron efficiency =0,14, output power 700 MW have been carried out.

III.                                       Conclusion

The results of optimization have demonstrated, that generation of ultrahigh power microwave oscillation in cm-range with calculated electron efficiency 14 … 50 % for accelerating voltage 400 … 1000 kV, is possible at electron beam currents 0,2 … 5 kA, with output power 100 … 700 MW.

In mm-band calculated electron efficiency of BWO generators may reach up to 10%. In sub-mm band output power is

0,                           2…1,2Wforthe described design.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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