- •1. Исследование тетродного усилителя
- •1.1. Основные теоретические положения
- •1.1.1. Особенности усилителей на тетродах
- •1.1.2. Описание конструкции тетродного усилителя
- •1.1.3. Параметры тетродного усилителя
- •1.2. Описание объекта исследования
- •1.3. Описание измерительной установки
- •1.4. Программа работы и указания к ее выполнению
- •1.5. Содержание отчета
- •1.6. Контрольные вопросы
- •2. Исследование характеристик многорезонаторного усилительного клистр0на
- •2.1. Основные теоретические положения
- •2.1.1. Устройство многорезонаторного клистрона
- •2.1.2. Принцип действия прибора
- •2.1.3. Основные параметры и характеристики клистрона
- •2.2. Описание объекта исследования
- •2.3. Описание измерительной установки
- •2.4. Программа работы и указания к ее выполнению
- •2.5. Содержание отчета
- •2.6. Контрольные вопросы
- •3. Исследование отражательного клистрона
- •3.1. Основные теоретические положения
- •3.1.1. Стационарный режим работы отражательного клистрона
- •3.1.2. Самовозбуждение колебаний
- •3.2. Конструкция отражательного клистрона
- •3.3. Описание измерительной установки
- •3.4. Программа работы и указания по ее выполнению
- •3.5. Содержание отчета
- •3.6. Контрольные вопросы
- •4. Исследование лампы бегущей волны
- •4.1. Основные теоретические положения
- •4.2. Описание конструкции исследуемой лбв
- •4.3. Описание измерительной установки
- •4.4. Программа работы и указания по ее выполнению
- •4.5. Содержание отчета
- •4.6. Контрольные вопросы
- •5. Исследование характеристик лампы обратной волны
- •5.1. Основные теоретические положения
- •5.1.1. Принцип действия лов
- •5.1.2. Основные характеристики лов
- •5.2. Описание объекта исследования
- •5.3. Описание измерительной установки
- •5.4. Программа работы и рекомендации по ее выполнению
- •5.5. Содержание отчета
- •5.6. Контрольные вопросы
- •6. Исследование многорезонаторного магнетрона
- •6.1. Основные теоретические положения
- •6.1.1. Устройство и принцип работы магнетрона
- •6.1.2. Область рабочих режимов магнетрона
- •6.1.3. Кпд магнетрона
- •6.1.4. Рабочие характеристики магнетрона
- •6.2. Описание конструкции многорезонаторного магнетрона
- •6.3. Описание измерительной установки
- •6.4. Программа работы и указания к ее выполнению
- •6.5. Содержание отчета
- •6.6. Контрольные вопросы
- •7. Исследование митрона
- •7.1. Основные теоретические положения
- •7.1.1. Назначение и устройство митрона
- •7.1.2. Принцип работы митрона
- •7.1.3. Рабочие характеристики и параметры митрона
- •7.2. Описание конструкции исследуемого митрона
- •7.3.Описание измерительной установки
- •7.4. Содержание работы
- •7.5. Содержание отчета
- •7.6. Контрольные вопросы
- •8. Исследование магнитных систем приборов о-типа
- •8.1. Основные теоретические положения
- •8.1.1. Типы магнитных систем
- •8.1.2. Магнитная система с однородным полем
- •8.1.3. Магнитная периодическая система
- •8.2. Описание магнитных систем
- •8.2.1. Магнитная система с однородным полем
- •8.2.2. Магнитная система с периодическим полем
- •8.3. Проведение измерений
- •8.4. Компьютерное моделирование магнитных систем
- •8.5. Программа работы и указания по ее выполнению
- •8.6. Содержание отчета
- •8.7. Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Содержание
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
7.6. Контрольные вопросы
1. В чем заключается характерная особенность процессов энергообмена в скрещенных полях?
2. Каковы конструктивные особенности митрона?
3. Каковы особенности рабочих характеристик митрона?
4. Почему у митрона большой мощности коэффициент перестройки меньше, чем у маломощных митронов?
5. Чем объясняется линейность частотной характеристики митрона?
8. Исследование магнитных систем приборов о-типа
Цель работы: ознакомление с конструкцией магнитных систем, обеспечивающих фокусировку электронного пучка в приборах О-типа. Экспериментальное исследование магнитных систем и их компьютерное моделирование.
8.1. Основные теоретические положения
8.1.1. Типы магнитных систем
В приборах О-типа для преобразования энергии источника питания в энергию СВЧ-поля используются электронные пучки, протяженность которых значительно превосходит их поперечные размеры. Для фокусировки (транспортировки) таких пучков в каналах электродинамических систем используются магнитные поля, создаваемые соленоидами или постоянными магнитами [8]. Системы с постоянными магнитами являются более предпочтительными, так как не требуют дополнительного источника питания.
По характеру осевого распределения магнитных полей магнитные системы делятся на три основных типа: системы с однородным полем, системы с реверсивным полем и магнитные периодические системы. Применение реверсивных и периодических полей обеспечивает значительный выигрыш в весе и габаритах магнитных систем.
8.1.2. Магнитная система с однородным полем
Поперечное движение электронов в зоне однородного магнитного поля определяется действием двух сил: силы кулоновского взаимодействия и магнитной фокусирующей силы. Первая направлена от оси симметрии системы и оказывает на пучок расфокусирующее действие, вторая, направленная к оси системы, должна противодействовать действие первой. Теоретический анализ дает следующие выражения для указанных сил, действующих на граничные электроны пучка:
(8.1)
, (8.2)
где – ток электронного пучка,– ускоряющее напряжение,– радиус пучка,–-составляющая магнитной индукции.
Уравнение движения граничных электронов пучка в этом случае имеет следующий вид:
(8.3)
Полагая , находим условие баланса расфокусирующей и фокусирующей сил
Подстановка в эту формулу численных значений входящих в нее констант дает
(8.4)
где – индукция магнитного поля, выраженная в гауссах,– ток электронного пучка в амперах,– ускоряющее напряжение в вольтах.
8.1.3. Магнитная периодическая система
Магнитное поле в этом случае является периодической функцией координаты . В большинстве практических случаев осевое распределение магнитного поля с хорошей степенью точности аппроксимируется простым гармоническим законом
или ,
где – амплитуда магнитной индукции,– период магнитного поля.
Из формулы (8.2) следует, что магнитная сила пропорциональна квадрату магнитной индукции и, следовательно, не зависит от ее знака и оказывается фокусирующей как в положительном, так и в отрицательном полупериодах магнитной индукции. Вместе с тем, так как является функцией координаты, то в магнитной периодической системе невозможно обеспечить точный баланс кулоновскойи магнитнойсил на всем протяжении фокусирующей системы. Однако при определенных условиях можно обеспечить баланс этих сил в среднем за период фокусирующей системы. Условие такого баланса может быть записано в виде
(8.5)
Полагая приближенно, что на отрезке оси , равном периоду поля, радиус электронного пуска меняется слабо (), c учетом формул (8.1), (8.2), (8.3) получаем
(8.6)
Это соотношение устанавливает связь параметров пучка ,,и магнитной индукции, которая обеспечивает баланс кулоновской и магнитной сил в среднем за период системы.
Полагая, что меняется по гармоническому закону, из (8.6) получаем
,
или, после подстановки численных значений,
. (8.7)
Входящие в эту формулу величины имеют те же размерности, что и величины в формуле (8.4). Качественно характер движения электронного пучка в режиме, когда обеспечен баланс кулоновской и фокусирующей сил в среднем за период, может быть описан следующим образом. В области малых значений магнитной индукции пучок расширяется под действием кулоновских сил взаимодействия, однако, попадая в область больших значений магнитной индукции, он испытывает фокусирующее действие магнитной силы и начинает сжиматься. В конце полупериода радиус пучка приближается к его начальному значению. На следующих полупериодах характер движения пучка сохраняется. Периодические изменения радиуса пучка с периодом , равным половине периода магнитного поля, являются характерной особенностью движения пучка в МПФС. Эти периодические изменения радиуса пучка получили название «волнистости» пучка.
Если условия баланса сил в среднем за период не соблюдены, то движение пучка имеет более сложный характер, к волнистости пучка добавляются пульсации границы пучка, зависящие от соотношения параметров пучка и величины магнитной индукции.
Расчет движения пучка в общем случае требует решения дифференциального уравнения граничной траектории пучка, которое при использовании нормированных (безразмерных) величин может быть представлено в следующем виде [8]:
(8.8)
где – нормированный радиус пучка;– нормированная продольная координата;– параметр магнитного поля;– параметр пространственного заряда,– продольная скорость электронов.
Уравнения (8.3) и (8.8), определяющие движение граничных траекторий электронных пучков в однородном и периодическом магнитных полях не имеют аналитических решений, и расчет траекторий производится на ЭВМ с использованием разработанных для этой цели программ.