Контрольная работа: Расчет лампы бегущей волны О-типа малой мощности
Название: Расчет лампы бегущей волны О-типа малой мощности Раздел: Рефераты по коммуникации и связи Тип: контрольная работа |
Расчет лампы бегущей волны О-типа малой мощности Содержание Введение 1 Расчетная часть 1.1 Расчет геометрии замедляющей системы 1.2 Расчет дисперсионной характеристики и сопротивления связи 1.3 Расчет геометрии рабочих параметров вывода и ввода энергии 1.4 Расчет величины индуктивности фокусирующего магнитного поля Заключение Список литературы Приложение Введение Лампа бегущей волны - электровакуумный СВЧ прибор, работа которого основана на длительной бегущей электромагнитной волне и электронного потока, движущийся в одном направлении. ЛБВ предназначена для широкополосного усиления СВЧ колебаний в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц, а так же для преобразования умножения частот и других целей. Основными частями лампы бегущей волны являются: электронная пушка для создания и формирования электронного потока; замедляющая система, снижающая скорость бегущей волны вдоль оси ЛБВ до скорости, близкой к скорости электронов, для синхронного движения волны с электронным потоком (обычно используется металлическая спираль, жестко закрепленная продольными диэлектрическими опорами и отличающаяся слабой зависимостью скорости бегущей вдоль неё волны от частоты, благодаря чему достигается эффективное взаимодействие волны с электронным потоком в широкой полосе частот); фокусирующая система (периодическая система постоянных магнитов, соленоид или др.) для удержания магнитным полем электронного потока в заданных границах поперечного сечения по всей его длине; коллектор для улавливания электронов; ввод и вывод энергии электромагнитных колебаний; поглотитель энергии колебаний СВЧ на небольшом участке замедляющей системы для устранения самовозбуждения ЛБВ из-за отражений волн от концов замедляющей системы. Усиление СВЧ колебаний в ЛБВ происходит следующим образом: ускоренные в электронной пушке электроны влетают в пространство взаимодействия замедляющей системы. В это же пространство через ввод энергии усиливаемые СВЧ колебания. При определенной конфигурации металлических элементов замедляющей системы электрическое поле волны в пространстве взаимодействия имеет составляющую, направленную вдоль оси прибора, с которой и происходит взаимодействия электронов. В замедляющей системе осуществляется синхронизм электронов и волн. В результате взаимодействия с электрическим полем бегущей волны тормозятся или ускоряются в зависимости от фазы электрического поля, при этом происходит модуляция электронного потока по плотности: образование сгустков, сопровождающаяся возбуждением в замедляющей системе электромагнитного поля, тормозящего электроны в пучке. При торможении электроны отдают свою энергию, увеличиваю поля волны, то есть, усиливая входной сигнал. В зависимости от длины волны к ЛБВ малой мощности обычно относятся ЛБВ с выходной мощностью до 1-10 Вт. 1. Расчетная часть 1.1 Расчет геометрии замедляющей системы Выбираем условный угол пролета ξа
гдеа - средний радиус спирали , см;
Длина волны
тогда
Рассчитываем шаг спирали, используя формулу имеющую следующий вид:
Используя соотношение
Выбираем ближайший стандартный диаметр проволоки Определяем радиус внешнего проводника (экрана) замедляющей системы из соотношения:
Принимаем Рабочая длина замедляющей системы рассчитывается из выражения:
где С - параметр усиления.
где W – волновое сопротивление, Ом;
Выбираем отношение радиуса потока
которое определяет наибольшее взаимодействие электронного потока с продольной составляющей Находим волновое сопротивление:
гдес - скорость света в вакууме, см/с;
Величина плотности тока катода
Выбираем плотность тока Радиус электронного потока:
тогда ток электронного потока:
Найденные значения W
и Определяем величину
где параметр объемного заряда 4Q
при выбранных значениях
где
где
Тогда
Подставляя величины 4Q
,
тогда
Подставляем значения
Первый корень уравнения
Определим параметр
Используя величину
Теперь
Протяженность активной части системы до поглощения:
Протяженность поглотителя выбираем равной
Угол подъема спирали:
1.2 Расчет дисперсионной характеристики и сопротивления связи Под дисперсией понимают зависимость фазовой скорости волны от её частоты. Используем выражения для расчета дисперсионной характеристики:
где h - шаг спирали, см;
Выражение можно записать в виде:
учитывая что длина волны связана с частотой соотношения откуда
Рассчитываем сопротивление связи одиночной спирали:
где В ЛБВ используется нулевая гармоника, тогда S=0 поэтому:
1.3 Расчет геометрии и рабочих параметров вывода и ввода энергии При выполнении данного пункта рассчитаем взаимосвязанное звено между ЛБВ и линией связи. В качестве взаимодействующего звена взят трансформатор полных сопротивлений четырёхступенчатый. Выберем коаксиал с сопротивлением равным 50 ОМ. Трансформатор используется для согласования системы в полюсе Определяем среднюю длину волны рассчитываемого перехода:
Этой длине волны соответствует определенная величина волнового сопротивления. Задаем необходимую трансформацию сопротивлений:
Далее рассчитываем длину каждого трансформаторного участка:
Необходимо определить масштабный множитель, который используется для нахождения местных коэффициентов отражения при значении:
Используя данные находим коэффициенты отражения Волновое сопротивление отдельных ступеней трансформатора:
Так как
где С учетом определения:
Откуда получаем, что:
Рассчитываем диаметры отдельных трансформаторных участков внутреннего проводника:
где D- внутренний диаметр внешнего проводника, см. 1.4 Расчет величины индуктивности фокусирующего магнитного поля В рассчитываемой лампы бегущей волны О-типа малой мощности фокусировка электронного пучка осуществляется магнитным полем, источником которого служит магнит. Он обеспечивает однородное продольное поле в лампе. Индукцию магнитного поля рассчитываем по формуле:
где
Заключение В данной курсовом проекте произведен расчет лампы бегущей волны О-типа малой мощности. Определена геометрия замедляющей системы и её характеристики - дисперсию и сопротивление связи. Рассчитаны геометрия и рабочие параметры вывода и ввода энергии, величина магнитной индукции, необходимая для фокусировки пучка. Выбрана спиральная замедляющая система, которая определяет широкополосность ЛБВ. В таких ЛБВ скорость распространения бегущей волны сохраняется практически постоянной при изменении частоты входного сигнала. Все проделанные расчеты произведены с применением ЭВМ. Составлена программа, позволяющая определить перечисленные параметры, а так же дисперсионную характеристику замедляющей системы в виде зависимости Список литературы 1. Кацман, Ю. А. Приборы сверхвысоких частот./ Ю. А. Кацман. – М.: Высш.шк. 1973-382с. 2. Лошаков, Н. В., Пчельников, П. С. Расчёт и проектирование ЛБВ. – М.: Сов. радио, 1966-124с. 3. Цейтлин, М. Б., Кац, К. М. Лампа с бегущей волны. – М.: Сов.радио, 1964-311с. 4. Силин, Р. А., Сазонов, В. П. Замедляющие системы. –М.: Сов. радио, 1966-632с. 5. Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ. –М.:Высш. шк .,1972 – Т. 2. – 375с. Приложение 1 program ST; var y,n,i: integer; ln0, lnv, u0, g, et, l2, h1, j0, w, p, fma, fmi, ls, fs, a, h, d, r, rp, z, i0, s, fom, a1, a2, alfa, ze, x2, l1, l0, z0, dli, t, aa2, g1, g2, zz1, zz2, dd1, dd2, dv, dvh, ll, m, q4, rs, ar, pv, b1, b2, b, zv, ss: real; infile, myfile: text; const c=3e10; pi=3.14159; procedure SchetDH; begin writeln (myfile, `дисперсионнаяхарактеристика`); writeln (myfile, ` L,смС/Vф`); n:= trunk ((lnv-ln0)/0.25)+1; ll:=ln0; ss:=h/sqrt(4*pi*pi*a*a*h*h); for i:=1 to n do begin m:=sqrt(1-ss*ss/(a*a*8*pi*pi/ll)/ss); writeln(myfile, ``, ll:8:5, ``, m:8:5) ll:=ll+0.25; end; writeln; end; procedure SchetTPS; begin writeln(myfile, `промежуточный параметр а=`, а1:8:3); writeln(myfile, `по нему определяем константы аlfa, z`); readln (infile, alfa, ze); x2:= a2*alfa*ze; l1:=1.98e-3*ls*sqrt (u0)*(23+g)/(54.6*s*x2); l0:=l1+l2; b1:=3.5e-4*sqrt(i0)/sqrt(sqrt(u0)); b2:=1/(rs*sqrt(abs((rs*hi/100-rs)/rs))); b:=b1*b2; z0:=z; dli:=ls/4; p:=fma/fmi; t:=-1/cos(pi*p/(1+p)); aa2:=2*(1-1/sqr(t)); g1:=0.5*ln(z0/zv)/(2+aa2); g2:=aa2*g1; zz1:=z0*exp(-2*g1); zz2:=zz1*exp(-2*g2); dv:=exp((-zv/138)*ln(10)); dd1:=exp((-zz1/138)*ln(10)); dd2:=exp((-zz2/138)*ln(10)); dvh:=exp((-z0/138)*ln(10)); end; procedure SchetZS; begin fma:=c/ln0; fmi:=c/lnv; ls:=2*ln0*lnv/(ln0+lnv); fs:=c/ls; a:=3.14e-4*ls*et*sqrt(u0); h:=39.6*a*a/(ls*(0.31+0.95*et)*(0.72+0.06*et)); d:=0.5*h; r:=ln0/4; rs:=15*ls/(2*pi*a); z:=w*c/(5.93e7*sqrt(u0)); i0:=pi*0.25*a*a*j0; s:=exp(1/3*ln((z*i0)/(4*u0))); ar:=1.83e10*sqrt(j0)*sqrt(sqrt(u0))/(2*pi*5e9); fom:=q4*s*s*s/(ar*ar); a1:=-sqr(q4*s)*q4*s/sqr(1-fom); a2:=-(1-fom)/(q4*s); end; procedure Input; begin writeln(`IN : диапазон рабочих длин волн (н/в), см `); readln(infile, ln0, lnv); writeln(`IN : напряжение второго анода, В `); readln (infile, u0); writeln (`IN: коэффициент усиления , дБ `); readln (infile, G); writeln (`IN: выходную мощность `); readln (infile, pv); writeln (`IN: угол пролета `); readln (infile, et); writeln (`IN: длину поглотителя см `); readln (infile, l2); writeln (`IN: коэффициент модуляции эл . пучка , % `); readln (infile, hi); writeln (`IN: плотность тока эл . пучка , А / см 2 `); readln (infile, j0); writeln (`IN: параметр 4q `); readln(infile, q4); writeln(`IN : параметр для определения волн. сопрот. `); readln(infile, W); writeln(`IN : входное сопротивление линии, Ом `); readln (infile, zv); end; procedure OutRes; begin writeln(myfile, `данные замедляющей системы `); writeln(myfile, `радиус спирали `, А:8:5, `см `); writeln(myfile, `шаг спирали ` h:8:5, `см `); writeln(myfile, `диаметр проволоки ` d:8:5, `см `); writeln(myfile, `ток электронного пучка `, i0, `A `); writeln(myfile, `сопротивление сязи ` rs:8:5, `Ом `); writeln(myfile, `общая длина замедляющей системы `, l0:8:5, `см `); writeln(myfile, `магнитное поле `,b, `вб/см2 `); writeln(myfile); writeln(myfile, `расчет ТПС `); writeln(myfile, `волновое сопротивление зам. системы `, z:8:5, `Ом `); writeln(myfile, `сопротивление 1-ой ступени `, zz1:8:5, `Ом `); writeln(myfile, ` сопротивление 2-ой ступени `, zz2:8:5, `Ом `); writeln(myfile, `длина участков `, dli:8:5, `см `); writeln(myfile, `диаметр 1-й ступени `, dv:8:5, `см `); writeln(myfile, ` диаметр 2-й ступени `, dd2:8:5, `см ``); writeln(myfile, ` диаметр 3-й ступени `, dd1:8:5, `см ``); writeln(myfile, ` диаметр 4-й ступени `, dvh:8:5, `см ``); end; begin assign (myfile, `resut. txt `); assign (myfile, `inp. dat `); reset(infile); rewrite(myfile); Input; SchetZS; SchetTPS; SchetDH; Outres; Close(myfile); Close(infile); end . промежуточный параметр а=-0.001 по нему определяем константы alfa, z ДИСПЕРСИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА L, смС/Vф 4.5000017.60018 4.7500017.58604 5.0000017.57188 5.2500017.55771 5.5000017.54353 5.7500017.52933 6.0000017.51513 6.2500017.50091 6.5000017.48668 6.7500017.47244 7.0000017.45819 7.2500017.44393 7.5000017.42966 7.7500017.41537 8.0000017.40107 8.2500017.38676 8.5000017.37244 8.7500017.25811 9.0000017.34376 данные замедляющей системы: радиус спирали: 0.07975 шаг спирали: 0.02811 диаметр проволоки: 0.014406 ток электронного пучка: 4.99561909282908Е-0005А сопротивление связи: 179.60280 Ом общая длина замедляющей системы:27.73414 см магнитное поле: 3.20056068335627Е-0009вб/см2 расчет ТПС волновое сопротивление зам. системы: 184.90302 Ом сопротивление 1-й ступени: 184.93073 Ом сопротивление 2-й ступени: 184.97229 Ом длина участков: 1.5 см диаметр 1-й ступени: 0.04565 см диаметр 2-й ступени: 0.04567 см диаметр 3-й ступени: 0.04570 см диаметр 4-й ступени: 0.04572 см |