Повышение надёжности и эффективности ламп бегущей волны, применяемых в выходных усилителях спутников связи

• Автор: Шалаев, Павел Данилович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. основные параметры, характеристики, конструкции и особенности
технологии ЛБВ для спутниковой связи
1.1 Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований в области разработки высокоэффективных ЛБВ-
типа для выходных усилителей СВЧ мощности спутников связи
1.2 Основные параметры и характеристики ЛБВ-О типа, применяемых в выходных усилителях СВЧ мощности спутников связи
1.3 Конструктивные и технологические принципы создания ЛБВ с высоким КПД и длительным сроком активного существования
1.4 Пути улучшения параметров спутниковых ЛБВ. Выбор направлений исследования
1.5 Основные выводы
Глава 2. Численное моделирование и оптимизация комплекса выходных
параметров конструкции высокоэффективной ЛБВ с длительным сроком активного существования
2.1 Методы повышения КПД ЛБВ О-типа
2.2 Методы моделирования и поиска параметров ЗС и пространства взаимодействия для максимального увеличения КПД ЛБВ-0 типа
2.3 Конструкция и основные характеристики усовершенствованной спиральной ЗС
2.4 Результаты экспериментального исследования усовершенствованной спиральной ЗС
2.5 Основные выводы
Глава 3. Расчеты и конструирование основных узлов спиральных ЛБВ для
спутников связи

3.1 Метод аналитического определения области значений г)э, т)кон> Лр обеспечивающих заданное увеличение КПД ЛБВ О-типа
3.2 Расчёт и оптимизация параметров пространства взаимодействия и конструкции спиральной ЗС ЛБВ О-типа с КПД 70%
3.3 Траекторный анализ электронных потоков с широким спектром энергий электронов в ЭОС с магнитной периодической фокусировкой..
3.4 Влияние разброса энергий электронов в пространстве взаимодействия на токопрохождение в пролётном канале и эффективность рекуперации энергии электронного потока в коллекторе
3.5 Основные выводы
Глава 4. Результаты разработки, экспериментальных исследований и
промышленных испытаний спиральных ЛБВ и усилителей на их основе
4.1. Конструкции ЗС, электронной пушки, МПФС и коллектора ЛБВ с
высокими надёжностью и КПД
4.1.1 Конструкция замедляющей системы
4.1.2 Конструкция ЭОС
4.1.3 Магнитная периодическая фокусирующая система
4.1.4 Многоступенчатый коллектор
4.2 Результаты экспериментального исследования опытных образцов
ЛБВ О-типа с КПД 70% и долговечностью не менее 150 000 ч
4.3 Снижение нелинейных искажений усиливаемых сигналов в высокоэффективных ЛБВ и усилителях на их основе
4.4 Результаты разработки, исследований и промышленного производства серийных ЛБВ
4.5 Основные выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение,,

ВВЕДЕНИЕ
Развитие глобальных спутниковых систем передачи информации в России в первые десятилетия 21 века [1,2] потребовало научно-технического обеспечения возможности значительного снижения себестоимости спутниковых связных каналов, существенного увеличения сроков активного существования орбитальных систем связи и увеличения скорости передачи информации через ретрансляторы спутников связи.
В бортовой аппаратуре космических аппаратов различного назначения широко используются лампы бегущей волны (ЛБВ) О-типа со спиральными замедляющими системами (ЗС). Надёжность, электрические и массогабаритные параметры этих ЛБВ в значительной мере определяют качество бортовых радиопередатчиков.
Первые ЛБВ для спутников связи были разработаны в США и СССР в начале 60-х годов 20-го века. С тех пор, постоянно растущие потребности в увеличении объёмов передаваемой через спутники информации, улучшении качества космической связи и снижении её себестоимости, в значительной степени, удовлетворяются за счёт улучшения параметров бортовых ЛБВ.
На рубеже 20-го и 21-го веков ретрансляторы российских спутников связи комплектовались ЛБВ О-типа отечественного производства, работающими в диапазонах длин волн 10 Зсм. Они имели следующие основные параметры: долговечность около 50000 ч., промышленный КПД 40 - 50% в рабочей полосе 5-10%, коэффициент амплитудно-фазовых преобразований до 7 град/дБ и уровень гармоник в спектре выходного сигнала минус 10-15 дБ.
Большой вклад в создание и промышленный выпуск ЛБВ,
предназначенных для применения в системах.спутниковой связи, внесли ведущие сотрудники предприятий ФГУП «НПП «Исток» (г. Фрязино) Мякиньков Ю.П., Победоносцев A.C., Блейвас И.М., Голеницкий И.И., Обрезан Л.А., Ровенский

Воспользовавшись (4) для упрощенной модели спиральной ЗС с конечными размерами поперечного сечения проводника спирали и считая а средним радиусом спирали, кк= ô/Kh, предполагая, что ЛБВ с высоким Цэ имеют протяженный «опорный» участок пространства взаимодействия, на котором параметр рассинхронизма Ъ = Ъоп ~ 0, можно оценить максимальное значение параметра рассинхронизма в конце пространства взаимодействия - Ьк, при котором еще возможен полезный энергообмен.
Учитывая, что а = 3,15-10"4-yfa-A-Vu0, где Я - длина волны усиливаемого сигнала в свободном пространстве, м, а на большей длине пространства взаимодействия в неоднородных ЛБВ с высоким КПД уа ~ уеа, где у = со/Уф, уе = co/Vo - постоянные распространения, рад/м, со - круговая частота электромагнитной волны, рад/с, УФ - фазовая скорость волны в ЗС, м/с, V0 — скорость электронов в невозмущённом электронном потоке, м/с:
где коп~ шаг ЗС на «опорном» участке пространства взаимодействия, м,
11о - электрическое напряжение ЗС относительно катода, В, получим
Выражения (6), (7) связывают максимальное значение Ьк с
конструктивными параметрами и параметрами режима спиральных ЛБВ с высокой эффективностью энергообмена в пространстве взаимодействия, т.е. (6), (7) имеют физический смысл при уеа = (0,8 4- 1,0).
Представим отношение суммарной кинетической энергии электронов за период электромагнитной волны на выходе из пространства взаимодействия (Б7) к энергии электронов на входе в пространство взаимодействия (¥о) в ЛБВ с