Исследование влияния параметров катодно-сеточных узлов однолучевых и многолучевых клистродов на их выходные характеристики

• Автор: Кармазин, Виталий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание

Основные обозначения.

Введение.
Глава 1. Особенности конструкции и расчета катодносеточного узла и электроннооптической системы клистродов

1.1 Особенности методики расчета ЭОС с управляющей сеткой.

1.2 Траекторный анализ электронного потока. Учет объемного заряда.

1.2.1. Квазиламинарная модель трубок тока.

1.2.2 Метод функции источника.

1.2.3 Описание пространственного заряда.

1.3. Методы расчета электростатического поля

1.3.1. Метод конечных разностей.

1.3.2 Метод конечных элементов
1.3.3 Метод зарядовой плотности интегральный метод
1.4 Методы моделирования эмиссии с катода .
1.4.1 Модель плоского или сферического диода
1.4.2 Метод граничных условий на катоде.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Разработка алгоритмов и методик расчета ЭОС одиолучсвых и многолучевых приборов с сеточным управлением.
2.1 Численное моделирование ЭОС с сеточным управлением
2.1.1 Методика расчета электростатического поля.
2.1.2 Численное моделирование магнитного поля в программе КИТ.
2.1.3 Учет пространственного заряда в ЭОС с сеточным управлением.
2.2 Описание интерфейса программы КИТ.
2.3. Методики минимизации погрешности вычислений, связанных с численными расчетами по программе КИТ.
Методические указания пользователю программы.
Выводы по второй главе.
Глава 3 Расчет и оптимизация ЭОС однолучевых и многолучевых клистродов.
3.1 Классификация существующих типов КСУ однолучевых и многолучевых клистродов
3.2 Траекторный анализ КСУ телевизионных клистродов различных конструкций
3.3 Исследование ЭОС клистрода с трубчатым электронным потоком
3.4 Анализ ЭОС многолучевого клистрода
3.5 Тестирование полученных результатов расчета.
3.6 Опенка возможности использования оптимальной
конструкции КСУ для создания многолучевых клистродов повышенной мощности.
Выводы по третьей главе.
Глава 4. Расчет и оптимизация параметров и характеристик однолучевых и многолучевых клистродов.
4.1 Методика расчета тетродной части СВЧ прибора клистродного типа.
4.2 Методика расчета клистронной части прибора.
4.2.1 Расчет электронных параметров.
4.3 Алгоритм поиска оптимального решения.
4.4 Результаты расчета выходных параметров 4хлучевого клистрода по численноаналитической модели.
4.5 Расчет и оптимизация девятнадцатилучевого клистрода
Выводы по четвертой главе.
Основные результаты и выводы по диссертации
Список используемой литературы


ЭОС и числа лучей значения выходной мощности, полосы, коэффициента усиления и КПД клистродов. Цель работы:_Целью настоящей работы является исследование влияния параметров и конструкции КСУ на выходные характеристики однолучевых и многолучевых клистродов, а также определение оптимальных параметров ЭОС и прибора в целом с помощью разработанных численно-аналитической модели и программного обеспечения. Эта модель позволяет осуществлять исследование физических процессов в клистроде на основе приближенных аналитических уравнений, описывающих взаимодействие пучка и поля выходного клистронного резонатора в нелинейном самосогласованном режиме, и приближенных уравнений, описывающих процесс модуляции электронов по плотности в триодной части клистрода. Для приборов различного уровня мощности, отличающихся числом лучей и конструкцией КСУ, найдены оптимальные значения расстояния сетка-катод и ускоряющего напряжения, которые при выбранных конструкциях резонаторов и параметрах режима обеспечивают получение максимальных значений электронного КПД и выходной мощности клистродов. КИТ, содержащей программные средства визуального проектирования, позволяет существенно сократить затраты вычислительных ресурсов на решение практических задач при проектировании однолучевых и многолучевых клистродов. Эта программа может быть также использована при инженерном расчете статических режимов работы ЭОС ЛБВ и клистронов с сеточным управлением и магнитной фокусировкой. Апробация работы. Международной научно-технической конференции «Математика. Экономика. Fourth International Vacuum Electron Source Conference. Результаты проведенного в статическом режиме траекторного анализа ЭОС многолучевых клистродов с различными схемами построения катодно-сеточного узла, позволяют определить оптимальные геометрические размеры элементарных пушек с сеточным управлением, а также функцию распределения магнитного поля в области взаимодействия, обеспечивающие требуемый ток и хорошее токопрохождение при различных углах отсечки. Публикации. Материалы диссертационной работы изложены в 9 печатных трудах, в том числе 4 доклада на международных научно-технических конференциях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 0 наименований. Основная часть работы изложена на 1 странице. Работа содержит рисунок. Глава 1. Выходные параметры клистродов во многом определяются катодносеточным узлом, формирующим сгустки электронов. Сетка мощного прибора, работающего на высоких частотах, должна хорошо перекрывать поверхность катода, не провисая и не касаясь катода при высоких температурах. Перемычки сетки должны быть узкими, чтобы не было значительного перехвата пучка, и сетка должна иметь высокую теплопроводность, чтобы отводить тепло, которое выделяется вследствие частичного перехвата ею пучка и инфракрасного излучения с катода. В электровакуумных приборах СВЧ, в частности, в лампах бегущей волны О-типа или клистронах применяется низковольтное управление электронным пучком с помощью сеточных структур, расположенных вблизи катода электронной пушки, путем подачи на эти структуры соответствующих потенциалов []. Основным недостатком, присущим электронным пушкам с управляющими сетками, является ограничение по мощности, рассеиваемой на сетке при оседании на ней части тока пучка [, ]. Нарушение этого ограничения приводит к потере сеткой управления из-за термоэмнссии или к расплавлению элементов сеточной структуры из-за тепловой перегрузки []. Решение этой проблемы может быть найдено либо за счет применения сеток, выполненных из пирографита, либо за счет применения «теневых» сеток. Применение сеточных структур, содержащих ’'теневые" сетки, позволяет защитить управляющие сетки от нежелательного токоперехвата, поэтому электронные пушки с такими структурами получили широкое распространение. Однако использование их в клистродах наталкивается на технологические трудности, заключающиеся в точном изготовлении и совмещении между собой миниатюрных сеточных структур.