Розрахунок простору взаємодії

Розрахункова частина.

Вихідні дані:

1. Частота генеруючих коливань f = 2500 Мгц;

2. Потужність безперервних коливань Р = 1 кВт;

3. Анодна напруга U_а = 4 кВ;

4. Коефіцієнт корисної дії h = 70 %;

5. Струм аноду І_а = 300 мА;

6. Температура анодного блоку Т_а = +12°С.

Вибір резонаторної системи.

При виборі резонаторної системи визначальним фактором є потужність, довжина хвилі магнетрона, ККД, допустима маса.

Вибираємо резонаторну систему з зв’язками типу “щілина-отвір”– систему, яка складається з резонаторів, які розташовані по окружності анода. Така резонаторна система використовується для магнетронів безперевної дії. Суттєву роль для такої системи відіграють форма і розміри резонаторів. [3]

Резонаторна система типу “щілина-отвір ” має досить високий характеристичний опір, що сприяє деякому підвищенню стійкості роботи магнетрона на робочому виді коливань, має високу власну добротність і ККД. Ця обставина робить дану систему більш переважною для короткохвильових магнетронів.

Система типу “щілина-отвір” має досить невеликі габарити і масу. Крім того, така система дозволяє отримати хороший тепловідвід від кінців анодних сегментів, а звідси, може бути застосована, коли магнетрон розраховується на середні потужності. Система технологічно проста і може бути легко виготовлена методом штамповки або електроерозії.

Розрахунок простору взаємодії.

1. Вибір числа резонаторів. Число резонаторів вибираємо з табл. 1 [3] за довжиною хвилі, на якій працює магнетрон. За вихідними даними довжина хвилі l = 3 см, тоді число резонаторів N = 12.

2. Розрахунок відношення катода і анода. Для цього розрахунку використовуємо таблицю 3.1.

Таблиця 3.1

При виборі величини s потрібно мати на увазі, що зменшення її веде до росту електронного ККД. Однак зменшення s допустимо лише до визначеної межі, яка накладається умовами самозбудження і, отже, стійкістю роботи, а також допустимими густинами емісійного струму катоду.

Вибирає для нашого випадку s = 0.517.

3. Визначення діаметра аноду. Для визначення величини d_а потрібно попередньо задатися значенням граничного електронного ККД h_{е доп}, який знаходиться в межах для магнетронів з хвилеводним виводом енергії:

h_{е доп} = 0.65 – 0.8.

Вибираємо для даного випадку h_{е доп} = 0.8.

Потім по заданих величинах анодної напруги U_а ; довжини хвилі l ; по вибраному числу резонаторів N з умови синхронізму може бути розрахований діаметр аноду:

, (3.1)

Знайдене значення d_а є першим наближенням і при подальших розрахунках буде уточнене.

4. Визначення діаметру катода проводимо за формулою:

(3.2)

d_к = 20*0.517 = 10.3 мм.

5. Визначення величини робочого анодного струму. Використовуємо співвідношення:

(3.3)

6. Визначення допустимої густини струму з катоду. Реально допустима густина струму знаходимо за формулою:

j_к ³ 3*10^-3 * f, А/см², (3.4)

де f – робоча частота в мегагерцах.

j_к = 3*10^-3 * 2500 = 7.5 А/см².

7. Визначення активної частини катоду. Величину l_к можна знайти з співвідношення:

, (3.5)

.

8. Визначення довжини аноду. Довжина аноду може бути прийнята рівною довжині активної частини катоду. Але з метою видалення ефектів взаємодії електронів з крайовими полями біля торцевих меж резонаторної системи потрібно вибирати:

l_а » (1.07 ¸ 1.12)l_к, (3.6)

l_а = 1.12*1.2 = 1.34 мм.

Вказані небажані взаємодії приводять до зниження електронного ККД і погіршенню умов наростання коливань робочого виду, і звідси, до погіршення стабільності роботи магнетрона. Звичайно рекомендується уникати конструювання резонаторних систем, які мають значну осьову довжину. Тому потрібно притримуватись наступних обмежень: для систем з двосторонніми зв’язками:

l_а < 0.4 l; l_а = 0.4*30 = 12 мм.

9. Визначення величини робочої магнітної індукції. За виключенням магнетронів, які працюють в режимах низьких полів, для більшості випадків робочу магнітну індукцію розраховують за формулою:

, (3.7)

де К₁ = 1.3.

.Тл.

10. Визначення відношення товщини анодного сегмента до ширини.

Звичайно це відношення m=t/w вибирається в залежності від вимог до дисперсної характеристики резонаторної системи і до величина характеристичного опору. Проте практично m може змінюватися в досить широких межах без істотного впливу на якість роботи магнетрона .

З збільшенням m при d_а = const зростає довжина хвилі p-виду коливань. Якщо компенсувати збільшення довжини хвилі зменшенням індуктивності резонатора, то зменшується характеристичний опір системи і необхідно збільшувати коефіцієнт трансформації в хвилеводному виводі енергії.

Якщо показану компенсацію провести за рахунок зменшення ємності зв’язок, то збільшення m призведе не тільки до зменшення розділу частот, але і до зменшення аксіальної неоднорідності високочастотного електричного поля, яке повинно бути кількісно оцінене.

Перший спосіб компенсації збільшення довжини хвилі в випадку застосування індуктивного методу перестройки частоти може дещо збільшити діапазон перестройки.

При проектуванні при виборі m потрібно орієнтуватися на дані табл.2

Таблиця 2.

11. Розрахунок електронного ККД. Значення електронного ККД необхідне для розрахунку повного ККД магнетрона з врахуванням коефіцієнта корисної дії резонаторної системи:

Електронний ККД розраховується за формулою:

12. Розрахунок величини високочастотної напруги. Орієнтована величина високо-

частотної напруги на щілинах резонаторної системи може бути знайдена з співвідношень

,

3000 В.

При розрахунку потрібно мати на увазі, що з підвищенням U_вчзростають сили фазового фокусування, які намагаються зменшити фазовий кут зсуву між положенням електронного згустка і максимумом U_вч. Це призводить до зменшення ємнісного ефекту, утворюється згустком біля щілини резонатора, і, отже, частота генеруючих коливань підвищується. Тому в малопотужних і низьковольтних магнетронах, що відмінність між частотами буде досить значною, що потрібно враховувати при розрахунку довжини хвилі системи.

Поиск по сайту: