Modern haladóhullámú csőből a fizikai elvek struktúra és paraméterek
Modern haladó hullámú csövek, tervezés, a fizikai elvek és paraméterek
1. Bevezetés
Haladó hullámú csövek (TWT) vákuum-eszközök ultramagas frekvenciájú (UHF), hogy hajtsa végre az átalakulás a kinetikus energia mozgó elektronok vákuumban elektromágneses mező energia kölcsönhatása által elektronok az elektromágneses hullám. Ahogy klisztron TWT készülékek O-típusú - irányában az elektromos térerősség egybeesik az irányt mágneses térerősség képező [1]. Az M-típusú eszközök (magnetron készülékek) alakítjuk potenciális energia az elektronok az elektromágneses mező energia hatása alatt egy „keresztezett” (merőleges) a villamos és mágneses mezők.
2. Az alapvető működési elvek a TWT
TWT nem-rezonáns eszközök hosszú távú interakció, amelyben a megfigyelt szinkronban
- elektron sebesség, m / s, (2)
# 965; f - fázissebesség az elektromágneses hullám;
- az arány az elektron töltése, hogy tömeget;
- gyorsító feszültség V.
A (2), megbecsültük a következő egyenletet:
# 965; ≈ 5,95 # 8729; May 10
Ha megpróbálja elvének végrehajtására megfelelő a távvezetékek, amelyben az elektromágneses hullám terjedési egy fázissebesség közel fénysebességgel, akkor szükség gyorsító feszültség mintegy 250 000 B. Hogy az ilyen eszközök nem praktikus (kivéve a nagyon magas feszültség - a hatalmas tömeg a bizonytalanság és az elektromos erőt, egészséget károsító # 947; sugárzás, stb) ..
Ezért a különleges vonal lassulás használt TWT - lassítja a rendszert (SWS). Példaként tekintsünk egy mechanizmus lassul egy spirál.
Ábra. 1. Mechanizmus lassú elektromágneses hullám egy spirális
Egyes közelítés abból lehet kiindulni, hogy a hullám mozog huzalon keresztül ütemben „c” a fény, majd
Ezért találunk a lassulás együtthatója az elektromágneses hullám:
Ábra. 6. vezetői a elektronoptikai rendszer:
I-régió az elektronágyú; II-átmeneti tartomány; III-rendszeres része régió (régió az elektronsugár kölcsönhatás az elektromágneses mező); IV-kollektor
Annak ellenére, hogy az egyszerűség a általános képletű, amely csak a nagysága a kibocsátási áramnak a katód (Ik) és egy gyorsító feszültség (Uo), a perveance - ez csupán egy tervezési paraméter bármely más elektronikus eszközök. Értékét határozza meg a konfiguráció elektródák Az elektronágyú és a távolság a katód és a retardáció rendszer. Perveance függ a választott span csatornák, a fókuszáló mágneses mező kollektor konfiguráció, és így tovább. D.
Értékei egysugaras perveance TWT egy széles: 0,1 × 10 -6 1,6 × 10 -6 A / B 3/2.
A kis értékei esetén perveance az elektronsugár a hatásfokot csökkenti a kölcsönhatás az elektromágneses mező (miatt elégtelen számú kölcsönható elektronok). Ez viszont azt eredményezi, hogy csökken a hatékonyság, növeli a geometriai hossza, hogy egy előre meghatározott nyereséget és más kellemetlen jelenségek, mint például a nagyobb ütközési sebességet terjedését elektronok a kimeneti paraméterek TWT.
Ennek ellenére a csökkenés perveance csak szükség esetén nagyon kicsi szakaszok span csatornák, különösen a milliméteres hullámhossztartományban, vagy egyáltalán nem tudja, hogy egy előre meghatározott fókuszáló mágneses mezőt.
Előállítás nagy perveance értékek szükségessége miatt a fókuszáló mágneses mező a kis és nagy interelectrode távolság (nagyobb valószínűsége bontások interelectrode). A növekedést perveance bonyolult karbantartása hatékonyságának elektronsugár kölcsönhatások az elektromágneses mező miatt a tértöltés hatása (taszítása elektronok növekszik a fény).
Ugyanakkor a magas értékeket perveance egyetlen fénynyaláb eszközök szükségesek az igénye, hogy nagyteljesítményű, elsősorban a hosszú hullámhosszú működési tartományban.
Átlagok perveance TWT tartományban van (0, 0,8 ... 3) × 10 -6 A / B 3/2.
elektronágyú
A elektronágyú generál, mint egy szabály, az átmérője a konvergens elektronsugár. Az a tény, hogy a legtöbb TWT tranzit csatorna átmérője kisebb, mint az átmérője a fénykibocsátó része a katód. Ez annak köszönhető, hogy a szükségességét, hogy hatékonyabb interakció elegendően nagy mennyiségű elektronok. A vágy, hogy egy elegendően nagy átmérőjű katódok köszönhetően a vágy, hogy csökkentse az áramsűrűség a katód és így megnöveljük az elektród térköz, hogy csökkentsék a lehetőségét meghibásodások. Egy fontos jellemzője az elektronágyúk egy katód áramsűrűség (A / cm 2). Növelése az áramsűrűség a katód, továbbá a tisztán technikai nehézségek társított gyorsabb kiadások emittáló anyag a katód, ezáltal csökken az élet az egész készülék.
Átlagos áramsűrűség a katód legtöbb TWT egyetlen fény nem haladja meg a 3 ... 5 A / cm 2 Ezek az értékek több tízezer órányi zavarmentes működését a készülék modern katód. Alapján a különbség átmérőjű migráló csatornák és a katód, amely jó nyalábot felületére katód legtöbb TWT készült gömb alakú. A szakirodalomban, a gerenda konvergencia definiáljuk (Rc / Rn) 2. csoport, ahol Rk - katód sugár, R - a hatásos sugarát a gerenda. A gyakorlatban, az átlagos konvergenciája a sugár egyenlő körülbelül 50, ritka esetekben meghaladja 100. Néha végzett kísérleteket, hogy közelítsék a tartományban 100 és 500.
Attól függően, hogy a választott üzemmódtól TWT kialakítása az elektronágyú. A folyamatos működés egy tipikus konfigurációt az elektronágyú ábrán látható. 6. Gyakran Elektróda úgynevezett „anód” kifejezést akkor használjuk, mint a kontroll elektród. Több az alábbiakban tárgyaljuk.
Az impulzus üzemmódban a lámpa kell biztosítani moduláló eljárás az elektronsugár, azaz a. E. A teljes zár a szünet impulzusok között, és biztosítja a normális elektronsugár jó áram pulzus során. Vannak alábbi módszerek modulálására az elektronsugár: a katód moduláció; moduláció a vezérlő elektród (anód); moduláció használatával elektród „pin-gyűrű”; rács modulációt.
Tény, modulálható egy negatív gyorsító feszültség a katód (AP földelt). Modulációja katód feszültség eredmények elektron nyaláb moduláció. Ez modulációs technika ritkán használják, mert egyrészt ebben az esetben a modulátor kell tenni a teljes feszültség teljes jelenlegi terhelést, így szükség van egy nagy fékerő és elterelje a tűzről eloszlik. Másodszor, amikor a katód modulációs impulzusok a nő és a visszaesés a parazita oszcilláció is előfordulhat (a széle), ami rontja a spektrum a felerősített jel.
A moduláció az anód
Ebben az esetben, mint az elektronsugár zár van szükség, hogy a kínálat szinte teljes zárófeszültségét. Azonban, ellentétben az előző esetben, a modulációs mód árammentes, amely lehetővé teszi kissé alacsonyabb hőterhelés a modulátor. Azonban az egyik fő célkitűzése az elektronsugár moduláció csökkenti az abszolút értéke a moduláló feszültség.
Nem szabad elfelejteni, hogy az energiaforrás váltakozó feszültséget a kondenzátor lemezei,
ahol a C - kapacitású kondenzátor; U - AC feszültség a lemezeket.
Csökkentése a nagysága a moduláló feszültség érhető el, ha az alábbi két fajta moduláció.
Moduláció használatával elektród „pin-gyűrű”
Ábra. 7. ábra vázlatosan szemléltet egy katód egy „pin”. Modulációs a csap ugyanazon a potenciálon van, hogy a fókuszáló elektródát, és egy moduláló feszültség van a katód elektród és a „pin-gyűrű”.
A táblázat mutatja, az átlagos értékek. Vannak olyan esetek, amikor a modulációs ellenőrzik az anód áram akár 99 ... 99,5% -kal, míg a rács moduláció - 85 ... 92%.
A fentiek alapján, levonhatjuk az alábbi következtetéseket.
Közelítése a moduláló elem a katód csökkenéséhez vezet a moduláló feszültség, azonban a zavaró hatása az elektronok emissziós szignifikánsan (különösen a nagy teljesítményű eszközök) csökkenti az elektronsugár áramok a kollektor.
Most van sikertelenül keres modulációs technikát, hogy megőrizze az előnyöket az összes bejelentett eset.
Módszerek mágneses fókuszáló az elektronsugár
Ismeretes, hogy a sugara az elektron folyási arányokat Brillouin
Ez a kapcsolat lehet használni Brillouin kiszámításához a legalacsonyabb mágneses mezőre van szükség, hogy összpontosítson a fénysugár sugarát
egy I áram és az U feszültség (Brillouin tér, az indukciós amelynek jelöljük WB):
;
Természetesen az elsődleges cél képződése során a mágneses mező fókuszálás, ideális esetben nem térkomponenseinek keresztirányú (transzverzális mágneses mező összetevők minimálisnak kell lennie).
Négy mágneses mezőt előállító rendszer a TWT:
2) állandó mágnesek;
3) Váltvaforgató mágneses rendszer;
4) mágneses periodikus fókuszáló rendszer (MPFS).
Legközelebb az ideális lehetőség, hogy egy mágneses mező a szolenoid. A elektronsugár válik közel lamináris áramlás (egyenletes nélkül örvény). Növeli a hatásos sugár az elektronsugár, a hatékonyságot a kölcsönhatás növekszik. Egészen a közelmúltig azonban, használt nagy teherbírású szolenoid TWT néhány tíz kilowatt vagy annál több. Ezek használata kizárólag nagy méretei és tömege jellemzőit, alkalmazásának szükségességét további nagy áramú szabályozott tápegység.
Újabban alkalmazott úgynevezett „szerves” mágnestekercsek, t. E. gyűjtősín fólia vagy huzal van tekercselve a testen TWT ténylegesen (a tényleges tekercselt huzal a „keksz”, feszes héj lámpák). Ez lehetővé tette számunkra, hogy TWT csomagolt mágnesszelep valamelyest csökkenti a súlya, és ezáltal meghosszabbítja a annak alkalmazási körét.
állandó mágnes
Keresztirányú komponensek állandó mágnesek valamivel nagyobb, mint a szolenoid, de lehetséges, hogy egy többé-kevésbé homogén mező. Azonban a legtöbb esetben nem használják, mert a szükség nagy tömegű mágnesek. TWT tárgya berendezés egy kiterjesztett interakció teret. Ezért, például megnövekedett eszköz hossza N-szer, mint más eszközökkel növekedéséhez vezet a súlya a 3 mágnesek N-szer.
Az állandó mágnesek használják a rövid oldali működési tartomány (milliméteres hullámhosszok) és rövid csövek, ahol a megszerzése értelmezhető eredményeket sokkal fontosabb, mint az a tömeg növekedést.
Reverzibilis mágneses rendszer és MPFS
Ezek a mágneses rendszerek épülnek létrehozásával egy sejt-alapú gyűrű mágnes mentén kölcsönhatást teret. A különbség az, hogy a fordított rendszer, hogy hány ilyen sejtek sokkal (és néha egy nagyságrenddel) kisebb, mint MPFS. A súlygyarapodást kapjuk megváltoztatásával a polaritás a mágneses indukció szélén mindegyik gyűrű alakú mágnes. Ebben az esetben, a növekedés a az eszköz hosszának N-szer növekedéséhez vezet a tömeg a N-szer. Természetesen, csökkenti a periódusok száma vezet, hogy növelni kell a súlyát a mágnesek, azaz a. E. Mass fordított rendszert ugyanezzel a lámpával előre MPFS.
Ábra. A 9. ábrán vázlatos felépítésének MPFS és szinuszos eloszlását mágneses mező indukció.
Ábra. 9. vezetés és MPFS szinuszos eloszlása a mágneses indukció
Meg kell jegyezni, hogy az ábrán. 9, az átmérője a gyűrű mágnes kisebb, mint a saru (valójában a különbség 0,2 ... 0,4 mm). Természetesen egy ilyen konstrukció vezet, hogy növelje a területeken diszperziós és a veszteség a mágneses indukció 10 ... 15%. De ugyanezen okból úgy válik egyre kényelmes beállítást a készülék a dinamikus üzemmódban a maximális áramok. Továbbá TWT kialakítás válik ellenállók a külső mechanikus tényezők (ütés, vibráció, és így tovább. D.).
Alkalmazási MPFS területeken vezet stabil (jó fókuszálás) és instabil (elektronsugaras szétszóródását) a műszer.
Ezeket a területeket határozza meg a nagyságát a gyorsító feszültség U0. a maximális értéket a mágneses indukció a rendszer tengelye L. az időtartamot és a mágneses rendszer kerül bevezetésre az úgynevezett mágneses mező paraméter
Elméletileg, az első stabilitási régió az értéktartomány # 947; 0-0,66. Szinte határát a terület közel 0,43.
Megléte stabil és instabil régiók eszköz művelet a következőképpen magyarázható. A környéken pontok 1, 2, 3, 4, 5 (ábra. 10) értékét a mágneses indukció közel nulla.