Выводы:

В ходе выполнения лабораторной работы были исследованы характеристики пятирезонаторного усилительного клистрона.

Изрезанность большинства из них говорит о том, что входная мощность для усилителя не является оптимальной, что объясняется проявлением эффекта перегруппировки электронов во входном зазоре.

Эффект перегруппировки, как и эффект недогруппировки возникает из-за снижения коэффициента взаимодействия электронного потока с полем на некоторой частоте, что, в свою очередь, выражается в снижении параметра группировки , где U₁ – амплитуда переменной составляющей приложенного напряжения, U₀ – величина постоянной составляющей приложенного напряжения и – угол пролета в пространстве дрейфа для электрона, не изменившего своей скорости в первом резонаторе.

Из этого следует, что существует некоторое оптимальное значение параметра группировки и, как следствие, коэффициента взаимодействия и угла пролета электронов между зазорами резонаторов.

Эта гипотеза подтверждается видом амплитудных характеристик (рис. 5). На всех кривых ярко выражены максимумы, соответствующие режиму максимальной выходной мощности. Она достигается при оптимальной входной мощности, то есть при оптимальном коэффициенте взаимодействия электронного потока с полем.

Максимальный коэффициент усиления при минимальной нелинейности

Так, можно сказать, что клистрон был исследован и в режиме максимального усиления (начальные участки АХ), и в режиме максимальных КПД и выходной мощности.

Содержание ответов на вопросы защиты.

1. Название и тип исследуемого прибора.

Название: многорезонаторный клистрон.

Тип: прибор о-типа.

2. Предназначение.

Клистрон — это электровакуумный прибор, предназначенный для генерации/усиления СВЧ, преобразования постоянного потока электронов в переменный путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля.

3. Достоинства и недостатки.

Достоинства:

- Высокое значение коэффициента усиления.

- Высокий показатель кпд.

- Стабильность частоты.

- Наличие нескольких вариантов схем настройки резонаторов (пример: скиртронная/модифицированная скиртронная).

Недостатки:

- Узкополосность (исправляется в многолучевых системах).

- Высокий коэффициент шума.

- Необходимость качественного охлаждения.

-Конструкционная сложность (по сравнению с отражательными клистронами).

4. Значения параметров современных образцов.

Для различных целей используют различные клистроны клистроны.

Сверхмощные клистроны для питания линейных ускорителей и коллайдеров. Эти приборы отличаются большой выходной мощностью (несколько десятков МВт в импульсе), большой скважностью, узкой полосой усиливаемых частот (десятые доли процента). Как правило, это однолучевые приборы, так как большой ток луча требует использования электронных пушек с высокой компрессией. Рабочая частота большинства клистронов этой группы лежит в С диапазоне (около 3 ГГц), однако в последнее время были разработаны клистроны, работающие в Х диапазоне (12 ГГц).

В качестве примера приведем параметры клистрона XL4, разработанного в ускорительном центре Стенфордского университета (SLAC):

Рабочая частота — 11,424 ГГц.

Ускоряющее напряжение — 440 кВ.

Ток луча — 350 А.

Микропервеанс — 1,2 мкА/В3/2.

Выходная импульсная мощность — 50 МВт.

Длительность импульса — 1,5 мкс.

Средняя мощность — 9 кВт.

Число резонаторов — 7.

Тип фокусирующей системы — соленоид.

Индукция магнитного поля — 0,47 Тл.

Широкополосные клистроны для радиолокации и связи. Эти приборы отличаются меньшей импульсной мощностью при малой скважности. Ширина полосы усиливаемых частот может достигать 10%. Приведем параметры импульсного многолучевого клистрона КИУ-124:

Рабочая частота — С диапазон;

Ускоряющее напряжение — 11 кВ;

Ширина полосы частот — 6%;

Импульсная мощность — 20 кВт;

Средняя мощность — 1,4 кВт;

КПД — 25%;

Коэффициент усиления — 45 дБ;

Фокусирующая система — реверсная на постоянных магнитах.

Телевизионные клистроны предназначены для работы в передатчиках эфирных телецентров в квазинепрерывном режиме. Они работают в метровом и дециметровом диапазонах длин волн. Эти клистроны имеют, как правило, тороидальные резонаторы, невакуумная индуктивная часть которых соединяется с вакуумной емкостной частью (зазором) с помощью плоских радиальных электродов. Приведем параметры клистрона КУ-352:

Диапазон частот — 470...630 МГц;

Мощность в синхроимпульсе — 13,5 кВт;

Мгновенная полоса частот — 8 МГц;

Коэффициент усиления — 30 дБ;

Ускоряющее напряжение — 20 кВ;