43 ЭЛЕКТРОНИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - Страница 7

А.А.Шишков

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЕЙНОГО ГРУППИРОВАТЕЛЯ ДВУХПОТОЧНОГО КЛИСТРОНА

С СИСТЕМОЙ АКТИВНЫХ РЕЗОНАТОРОВ, РАБОТАЮЩИХ

НА  ДВУХ ВИДАХ КОЛЕБАНИЙ

 

Рассматривается возможность расширения полосы частот клистрона за счет использования двух видов колебаний системы активных связанных резонаторов и особенностей его возбуждения.

 

В [1] рассмотрена принципиальная возможность увеличения полосы частот и выходной мощности клистронов за счет применения многопоточных электронно-оптических систем и системы связанных активных резонаторов, работающих на нескольких видах колебаний. В этой работе для расчета напряжений на зазорах резонаторов использовалась методика, основанная на представлении результирующего поля в виде суммы волн, многократно отраженных от концов распределенной системы. Для проведения практических расчетов метод собственных волн не совсем удобен, так как предполагает использование таких параметров, как фазовая постоянная, постоянная затухания, волновое сопротивление в режиме бегущей волны, коэффициент отражения, непосредственный расчет которых затруднителен. В данной статье для решения задачи о возбуждении распределенной системы используется другой подход, основанный на представлении поля в виде суперпозиции полей свободных видов колебаний резонатора с амплитудами, зависящими от условий возбуждения [2]. Преимущество такого подхода состоит в использовании при дальнейших расчетах традиционных параметров резонаторов: добротностей, характеристических сопротивлений, резонансных частот. При этом для системы из двух связанных резонаторов достаточно ограничиться лишь двумя видами колебаний: с синфазными и противофазными напряжениями на зазорах и резонансными частотами  и соответственно, полагая, что другие виды колебаний находятся далеко за пределами рабочей полосы частот.

Система из двух связанных активных резонаторов и распределение напряжения для двух рабочих видов колебаний изображены на рис.1.

Результирующее напряжение на каждом из зазоров резонатора  представляет алгебраическую сумму напряжений двух видов колебаний  и :

(1)

где индексы соответствуют зазорам, а апострофы -  различным видам колебаний.

Для входного резонатора напряжения  и , возбуждаемые одним источником мощностью Р1, определяются по известным соотношениям

, (2)

где  - эквивален-тное и характеристическое сопротивления, добротность, резонансная частота резонатора на соответствующих видах колебаний, f – текущая частота.

В дальнейшем параметры Q, r для двух видов колебаний полагались одинаковыми.

Рассмотрим теперь случай возбуждения системы двумя источниками. Для входного резонатора такими источниками являются два элемента связи, между которыми делится поровну мощность входного сигнала со сдвигом по фазе j между колебаниями. Для последующих резонаторов такими источниками являются наведенные токи.

Соответственно, напряжения на зазорах получаются в результате сложения напряжений двух видов колебаний, каждое их которых возбуждается двумя источниками:

(3)

Здесь два индекса имеют парциальные напряжения, причем первый индекс – номер зазора, второй – номер источника. Парциальные напряжения на зазорах входного резонатора определяются по (2). Напряжения на последующих резонаторах возбуждаются наведенными токами с амплитудами  и и фазами  и . Из (3) получаем

 

где i =1; 2 – номер зазора,  - угол расстройки резонаторов для каждого вида колебаний; разным апострофам соответствуют резонансные частоты двух видов колебаний; верхний знак для i = 1, нижний – для i = 2.

Амплитуды наведенных токов определяются в линейном приближении через амплитуды конвекционных токов по формулам, приведенным в [3].


На основе изложенной методики разработана программа расчета напряжений на зазорах и токов линейного двухкаскадного группирователя. Расчеты приведены для клистрона со следующими параметрами: длина волны 10 см, подводимая мощность одной секции 500 кВт, 37 лучевая ЭОС в каждой секции, первеанс одного луча 0,3 мкА/В3/2. Характеристическое сопротивление r = 50 Ом, добротности первого и второго резонаторов равны 25 и 40, разделение по частоте между видами колебаний резонаторов равно 10 %.

На рис.2 приведены частотные характеристики относительных амплитуд токов группирователя при возбуждении одним элементом связи. Видно, что на втором зазоре имеется провал в частотной характеристике почти до нуля. Следствием этого являются уменьшение КПД прибора более чем в два раза и появление провала в частотной характеристике всего прибора. На рис.3 приводится частотная характеристика токов линейного группирователя при возбуждении двумя элементами связи со сдвигом фаз между колебаниями, равным p/2. При одинаковых условиях возбуждения входного резонатора частотные характеристики сгруппированных токов в обеих секциях клистрона идентичны и не имеют провалов.


Приведенные результаты подтверждают возможность расширения полосы пропускания клистрона за счет использования двух видов колебаний в системе связанных активных резонаторов и получения частотной характеристики, в которой отсутствуют нерабочие участки.

 

Библиографический список

 


1. Шишков А.А. О возможности расширения полосы частот клистрона, использующего резонаторы, работающие на двух видах колебаний // Электронная техника: Межвуз. сб. научн. тр. / РГРТА. Рязань, 1999. С.38-40.

2. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Советское радио, 1957.

3. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники СВЧ. М.: Советское радио, 1971.

 

Материал поступил в редколлегию 21.02.02

 

 

 

УДК 621.385