«Проектирование электронной пушки»

Расчетная часть

Таблица 1. Исходные данные.

Параметр	Значение
Выходная мощность Pвых, кВт	2.5
Рабочая частота f0, ГГц	2.45
Полоса пропускания выходного резонатора ∆ f, МГц	40
Технический КПД клистрона η, %	60
Число лучей N	1
Количество зазоров резонатора	1
Коэффициент усиления Kус(u), дБ	50

2.1. Расчет выходной мощности
Для расчета используем выражение

(1)

После преобразований получаем расчетную формулу:

.

(2)

2.2 Расчет ускоряющего напряжения и параметров пучка
При проектировании клистрона значениями выходной мощности P_вых и технического КПД - ŋ обычно задаются.
Технический КПД клистрона определяется выражением:

ŋ = ŋэ ŋк = ŋэ (1- Qn/ Qo),

(3)

где ŋ_к- контурный КПД выходного резонатора; ŋ_э -электронный КПД; Q_o - собственная добротность выходного резонатора; Q_n–нагруженная добротность выходного резонатора.
Для клистронов с двухзазорными резонаторами добротность Q_o можно выбрать равной 3000.
Величину нагруженной добротности можно найти из уравнения:

(4)

Определим величину контурного КПД:

(5)

Найдем из уравнения (3) требуемое значение электронного КПД:

(6)

Рассчитаем микропервеанс электронного луча:

(7)

Выходная мощность связана с параметрами электронного потока соотношением:

(8)

Из уравнения (8) получаем аналитическое выражение для определения ускоряющего напряжения:

(9)

Исходя из полученных расчетных данных, можно определить ток луча и подводимую мощность:

	(10)
	(11)

2.3 Расчет электронной пушки
Скорость электронного пучка определяется выражением:

(12)

Выбор угла пролета по радиусу пролетного канала на высоких частотах ограничен до одномодового режима следующим уравнением:

где – электронная постоянная распространения, – радиальное волновое число, – волновое число, – угловая частота, – скорость электронов.
Выбор определяется рядом противоречивых условий. С одной стороны, его уменьшение приводит к повышению эффективности процесса взаимодействия. С другой – возрастает величина магнитного поля и плотность тока в пучке. На очень высоких частотах возникает также проблема изготовления пролетных каналов малого диаметра. Зависимость этого параметра от частоты, наблюдаемую на практике для МЛК, можно описать следующим приближенным выражением:

Выберем диаметр пучка, учитывая, что пропорционально уменьшению диаметра пролетного канала 2a увеличивается сходимость по радиусу электронного потока, что в свою очередь ставит ограничение на максимально допустимый первеанс электронной пушки. Выбираем угол пролета по радиусу пролетного канала . Ищем радиус пролетного канала:

Выбираем коэффициент заполнения пролетного канала пучком . Находим радиус луча:

Рассчитаем плотность тока луча:



2.4 Расчет электронной пушки в программе GUN-20
Программа GUN-20 рассчитывает геометрические параметры пушки Пирса, магнитное поле.

Таблица 2. Входные данные для расчета пушки Пирса в GUN-20.

Обозначение	Значение
Плотность тока на катоде, А/см2	0.1
Полоса частот, МГц	40
Собственная добротность	3000
Число лучей	1
Выходная мощность, кВт	2.5
КПД, %	60
Рабочая частота, МГц	2450
Коэффициент заполнения канала	0.6

Рис. 2.1 – Исходные данные

Рис. 2.2 – Произведенный расчет



Рис. 2.3 – Эскиз пушки по GUN-20
2.5 Расчет электронной пушки в программе TRAEK
Произведем расчет электронной пушки в программе TRAEK.

Рис. 2.4 – Окончательный расчет в TRAEK
Ток эмиссии катода: 0.6896 А
Ток через заданную плоскость: 0.6896 А
Средняя плотность тока: 0.1379 А/см²


Заключение
В результате проделанной работы ознакомились с принципом расчета и проектирования электронной пушки Пирса.
Основными результатами проделанной работы являются:

1. 
   Был произведен теоретический расчет электронной пушки Пирса согласно заданному варианту;
   
2. 
   С помощью программы GUN-20 был произведен расчет геометрических параметров пушки Пирса. Ток пучка и микропервеанс совпали с теоретическим расчетом;
   
3. 
   С помощью программы TRAEK была построена и рассчитана пушка Пирса. Ток электронного пучка и плотность тока катода совпали с расчетом в GUN-20 с небольшой погрешностью. Однако, радиус электронного пучка не совпал с расчетом в GUN-20.
   

список использованных источников

1. 
   J.R. Pierce, Theory and Design оf Electron Guns, 2nd еd. New York: Van Nostrand, 1954. (Дж.Р. Пирс. Теория и расчет электронных пучков. М.: Сов. радио, 1956).
   
2. 
   J. Rodney М. Vaughan, «Synthesis of the Pierce gun», IEEE Trans. Electron Devices, vol. ЕD-28, January 1981, рр. 37-41.
   
3. 
   I.L. Langmuir and К. Blodgett, «Current limited by расе charge between concentric spheres», Phys. Rеv., vol. 24, July 1924, р. 53.
   
4. 
   R. Helm, К. Spangenberg and L.M. Fie1d, «Cathode-design procedure for electron-beam tubes», Е1ес. Comm., vol. 24, March 1947, рр. 101-107.
   
5. 
   G.R. Вrewеr, «Formation of high-density electron beams», Jour. Аррl. Phys., vol. 28, no.1, January 1957, рр. 7-15.
   
6. 
   К. Amboss, «The effect оf the anode aperture in conical flow Pierce guns», Jour. Electronics and Control, vol. 13, 1962, рр. 545-572.
   
7. 
   W.E. Danielson, J.L. Rosenfield and J.A. Saloom, «А detailed analysis of beam formation with electron guns of the Pierce type», Веll Sys. Tech. Jour., March 1956, рр. 375-420.
   

Копировал Формат А4