«Проектирование электронной пушки»
жүктеу/скачать 1.23 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Содержание
- Теоретическая часть
- Пушки Пирса
ТЕМА РАБОТЫПроектирование электронной пушки Начало выполнения работы «11» октября 2022 г. Дата защиты «22» декабря 2022 г. Оценка защиты _______________ Целевая установка и исходные данные Спроектировать и рассчитать электронную пушку.
Руководитель курсового проекта, д.т.н., проф. ________ В.А. Царёв ( подпись )
Основная рекомендуемая литература Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, М., 1966; Молоковский С. И., Сушков А. Д., Интенсивные электронные и ионные пучки, 2 изд., Л., 1991. -327с. Молоковский С.И., Сушков А.Д. “Интенсивные электронные и ионные пучки”. М.: Энергоатомиздат, 1991. – 304 с. Жигарев А.А., Шамаева Г.Г. “Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы”. М.: Высшая школа, 1982. – 463с. “Математические модели и автоматизированное проектирование электронных приборов”. Методические указания к лабораторным работам. Под редакцией В.К. Федяева. №2143. Рязань 1993. 60 с. Проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов /О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др.; Под ред. О.В.Алексеева. – М.: Высш. шк., 2000. – 479 с. Руководитель курсового проекта, д.т.н., проф. ________ Царёв В.А ( подпись ) Задание принял к исполнению « 14» октября 2022 г. Студент _________________________________ В.А. Низовкин ( подпись )
Низовкин В.А. АННОТАЦИЯ В курсовом проекте спроектирована электронная пушка и рассчитан резонатор. Электронная пушка – электронно-оптическая система, формирующая электронный пучок. Практически это система, формирующая высокоинтенсивный пучок с большим первеансом. Системы, образующие узкие неинтенсивные пучки - электронные лучи, используемые в различных электронно-лучевых приборах, чаще называют электронными прожекторами. Низовкин В.А. РЕФЕРАТ Пояснительная записка содержит 23 страницы и 18 иллюстрации. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУШКИ ПИРСА, ЛЕНТОЧНЫЕ ПУЧКИ, ПУШКА СФЕРИЧЕСКОГО ТИПА. В данной курсовой работе приведены методики, алгоритмы, программные средства для проектирования электронных пушек. Выполнено проектирование конструкции электронной пушки для многорезонаторного пролетного клистрона с заданными в техническом задании характеристиками, а также был проведен расчет резонатора в соответствии с заданием, поставленным при проектировании. Проектирование выполнялось на персональном компьютере с использованием программ синтеза и анализа электронных пушек. В ходе выполнения синтеза пушки были получены данные необходимые для завершающего этапа проектирования пушки. С помощью программных методов подобраны требуемые выходные параметры пучка: траектории, ток, коэффициент заполнения, первеанс. В результате была получена геометрия электродов электронной пушки, удовлетворяющая техническому заданию. Низовкин В.А. СодержаниеФакультет 1 «Электронной техники и приборостроения» 1 Специальность 1 Электроника и наноэлектроника 1 Кафедра 1 «Электронные Приборы и Устройства» 1 институт электронной техники и приборостроения 2 ВВЕДЕНИЕ 3 Теоретическая часть 3 1.1.Электронные пушки 3 1.2.Пушки Пирса 3 1.3.Сферическая аберрация 12 2. Расчетная часть 15 После преобразований получаем расчетную формулу: 15 список использованных источников 21 Содержание
ВВЕДЕНИЕ Электронные пушки, использующиеся во всех лампах с бегущей волной и фактически во всех линейно-лучевых приборах, имеют, по существу, одни и те же принципы работы. Главные отличия, которые возникают из-за разницы и требованиях к мощности этих приборов, состоят исключительно в размерах, рабочем напряжении и токе. В этой главе рассматриваются принципы работы электронных пушек, используемых почти во всех линейно-лучевых приборах. Эти пушки часто называют пушками Пирса в честь Дж. Р. Пирса. Теоретическая частьЭлектронные пушкиЭлектронные пушки, использующиеся во всех лампах с бегущей волной и фактически во всех линейно-лучевых приборах, имеют, по существу, одни и те же принципы работы. Главные отличия, которые возникают из-за разницы в требованиях к мощности этих приборов, состоят исключительно в размерах, рабочем напряжении и токе. Эти пушки часто называют пушками Пирса в честь Дж. Р. Пирса [1]. Пушки ПирсаЭлектронная пушка в СВЧ-приборе применяется для того, чтобы сформировать из электронов, вышедших с катода, электронный пучок, способный взаимодействовать с ВЧ-системой. Разработчики электронной пушки сталкиваются со следующими основными проблемами: 1. Электростатические силы пространственного заряда расталкивают пучок. 2. Необходимая плотность тока электронного пучка обычно намного больше, чем плотность тока эмиссии, которую способен обеспечить катод с приемлемым ожидаемым сроком службы. Подход к решению этих проблем, описанный Пирсом, отображен на рис. 1. Предполагается, что в пушке отсутствует магнитное поле. Тепловые скорости электронов не учитываются, a электронный поток считается ламинарным. Пушка разделена на три области. В первой из них расположена поверхность катода (часто называемая головкой катода) сферической формы. Фокусирующий электрод сделан так, чтобы создавать в первой области эквипотенциальные поверхности (эквипотенциали) примерно сферической формы с тем же самым центром кривизны, что и у поверхности катода. Таким образом, электроны движутся по направлению к центру кривизны катода. Во второй области анод должен иметь отверстие для прохождения электронного пучка, и эквипотенциали прогибаются внутрь этого анодного отверстия. В результате образуется рассеивающая линза, которая оказывает расфокусирующее действие на электронный пучок.
И, наконец, в третьей области электронный пучок выходит из ускоряющего поля, действующего на участке катод—анод, и дрейфует под влиянием сил пространственного заряда. Таким образом, электроны в пучке двигаются по траекториям, соответствующим универсальной кривой расширения пучка. Фокусирующие электроды для параллельного потока электронов. Для начала решим проблему расталкивающих сил, действующих на электроны, вышедшие с катода и движущиеся по направлению к аноду: обеспечим параллельное движение электронов на выходе с катода (рис. 1.2). В отсутствие электронов эквипотенциали в плоскопараллельном диоде параллельны и расположены на равных расстояниях при равных приростах напряжения. Это показано штриховыми линиями на рис. 1.3. При наличии электронов эквипотенциали изогнуты вправо, как показано сплошными линиями на этом рисунке 3. Электроны стремятся двигаться перпендикулярно к эквипотенциалям, поэтому траектории электронов расходятся по мере того, как электроны удаляются от катода. Проще говоря, электроны расталкивают друг друга, и это заставляет их траектории расходиться. Если придумать устройство, которое выпрямит эквипотенциали при наличии сил пространственного заряда‚ то электроны будут двигаться по параллельным траекториям.
Интуитивно можно представить, что если электроды, примыкающие к катоду, наклонены в сторону анода, как показано на рис. 1.4, то эквипотенциали должны выпрямиться. В отсутствие электронов они изгибаются в сторону катода. Электронный заряд заставляет их сдвинуться по направлению к аноду. Математическое решение задачи по определению конфигурации электродов, необходимой для получения параллельного потока электронов, аналогично решению задачи для потока, ограниченного пространственным зарядом. Главное отличие заключается в том, что уравнения должны быть решены внутри и вне электронного потока, a затем полученные решения должны быть сшиты на границе пучка.
На рис. 1.5 показана электронная пушка, содержащая 67‚5° электроды Пирса для создания параллельного (прямолинейного) потока электронов. Обратим внимание на сетку из проволоки в отверстии положительного электрода. Она служит для поддержания потенциала внутри пучка постоянным и, следовательно, для предотвращения дивергенции (расхождения) пучка после прохождения им положительного электрода. Дивергенция пучка, вызванная отверстием в аноде.
Плотность тока, требуемая в электронном пучке СВЧ-прибора, обычно намного больше той, которую может обеспечить эмиссионная способность катода. Поэтому необходимо использовать катод с достаточно большой площадью эмиссии, а затем осуществлять компрессию электронного потока при формировании пучка. Начнем анализ этого процесса с рассмотрения сферического диода. Внутренняя поверхность внешней сферы является катодом, а внутренняя сфера — анодом (рис. 1.6).
Для создания электронной пушки используется конусообразная часть сферического диода, показанная на рис. 1.7. Для конуса с углом 20 ток I конической части диода выражается через полный ток сферического диода.
На рис. 1.8 изображен первеанс как функция от конического угла и нормализованного расстояния катод-анод.
В коническом диоде, также как и в плоском, существует проблема расхождения электронного пучка из-за сил пространственного заряда. Эквипотенциали, которые должны иметь сферическую форму, деформируются под действием потенциала пространственного заряда электронов, как показано на рис. 1.9. Для сохранения радиального потока электронов после удаления остатка сферы, как и в случае прямолинейного потока в плоскопараллельном диоде, необходимо использовать электроды, которые создают эквипотенциали той формы, которую они имели бы в отсутствие электронов (в данном случае сферическую).
Интуитивно, как и в случае плоского диода, можно предположить, что, наклоняя электроды, примыкающие к катоду, вперед, можно сделать эквипотенциали более или менее сферическими. Фактически, как показано на рис. 10а, электронный поток вблизи края катода выходит из плоской части катода и направлен перпендикулярно к ней. Таким образом, электрод, размещенный под углом 67,5° по отношению к границе пучка, обеспечит желаемую форму эквипотенциалей вблизи края катода. При малых углах конуса (малых 0) этот эффект действует вплоть до центра катода, и поэтому нет необходимости в дальнейшем рассмотрении формы фокусирующего электрода.
Для больших углов конуса, как показано на рис. 106, форма эквипотенциалей по-прежнему не будет сферической. Это приведет к неравномерности тока с катода (плотность тока с краев катода будет больше, чем с его центральной части). К тому же траектории электронов, после того как они покинут катод, не будут сфокусированы по направлению к центру кривизны катода. Для решения этик проблем форма фокусирующих электродов должна быть модифицирована таким образом, чтобы эквипотенциали вблизи поверхности катода стали сферическими. Исследователи экспериментировали с множеством различных форм электродов, одна из которых представлена на рис. 10в [4]. В сущности, модифицированные электроды Пирса отодвигают эквипотенциали от краев катода. Форма эквипотенциалей в центральной части катода слабо зависит от формы электродов в связи с доминирующим влиянием полей пространственного заряда на распределение потенциала в этой области. Чтобы вывести электроны из конического диода, необходимо сделать отверстие в аноде. Происходящее в результате этого искажение формы эквипотенциалей показано на рис. 1.11 [5]. Отметим, что при низком первеансе (рис. 1.11а) искажение формы эквипотенциалей происходит только в области, очень близкой к аноду. По мере увеличения первеанса (рис. 1.116 и 1.11в) размер анодного отверстия растет, а расстояние между анодом и катодом уменьшается. При первеансе 3 х 10-6А/В3/2 искажение формы эквипотенциалей достигает поверхности катода. В результате траектории электронов в области катод-анод значительно искажаются, а эмиссия с катода становится неравномерной (намного большей на краях катода, чем вблизи центра).
В [5] Бревер описывает модификацию фокусирующего электрода, показанную на рис. 1.11г, которая позволяет уменьшить искажение эквипотенциалей улучшить фокусировку и равномерность эмиссии. Модифицированный фокусирующий электрод оказывает такое же воздействие на поле, как показано на рис. 1.10 в: то есть эквипотенциали отодвигаются от краев катода. Несмотря на то, что фокусировка и равномерность эмиссии улучшаются, первеанс уменьшается из-за уменьшения электрического поля вблизи краев катода. Искажение формы эквипотенциалей около отверстия в аноде приводит к образованию рассеивающих линз, которые смещают фокус электронного потока в точку, не совпадающую с центром сферы, как показано на рис. 1.12.
Исчерпывающая трактовка влияния анодного отверстия на поведение электронов была дана Амбосом [6]. Мы же ограничимся более простым анализом, сделанным Пирсом [1], и некоторыми поправками к нему. В этом анализе используется уравнение Дэвиссона-Кэлбика для тонких линз. Понятие тонкой линзы подразумевает, что ее продольный размер намного меньше, чем радиальный. Размер искажений формы эквипотенциалей вдоль горизонтальной оси сравним радиусом отверстия. Это, конечно, ставит под сомнение обоснованность приближения тонких линз. Однако полезно применить уравнение Дэвиссона-Кэлбика на начальном этапе анализа, а затем осуществить корректировку этого уравнения для повышения точности проектирования пушки. жүктеу/скачать 1.23 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|