Материал: Sb95745

Студенты вечерней формы обучения помимо реферата представляют выполненную курсовую работу.

Курсовая работа имеет целью развитие у студентов навыков самостоятельного решения инженерных задач, связанных с расчетом, проектированием электродинамических систем, работой с научной и справочной литературой, оформлением графического материала.

Задание на курсовую работу предусматривает расчет и проектирование электродинамической системы микроволнового прибора.

В курсовой работе предлагается рассчитать и спроектировать симметричный тороидальный резонатор с бессеточным зазором, используемый в электронных приборах СВЧ для осуществления взаимодействия его электромагнитного поля с электронным потоком. Методика расчета, необходимые формулы, графики и чертежи, приведены в приложении.

Тороидальные резонаторы такого типа широко используются в многорезонаторных пролетных клистронах, и поэтому данная курсовая работа является составной частью дальнейшего курсового проекта «Проектирование пролетного клистрона» по дисциплине «Микроволновая электроника». Пролетные клистроны являются одними из наиболее распространенных усилительных приборов в диапазоне СВЧ. Они обладают высокими значениями КПД и коэффициента усиления, большим уровнем выходной мощности, стабильностью частоты и фазы усиливаемых колебаний. В пролетном клистроне электронный пучок проходит сквозь электродинамическую систему в виде последовательности объемных резонаторов, где в результате взаимодействия с СВЧ-полем часть энергии электронов передается полю, тем самым осуществляется усиление СВЧ-сигнала.

16

Для расчета параметров резонатора используется метод эквивалентных схем, в соответствии с которым объемный резонатор представляется схемой в виде параллельного контура с эквивалентными индуктивностью и емкостью.

Задание на курсовую работу приведено в таблице. Номер варианта определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

В ходе выполнения курсовой работы необходимо:

1.Проанализировать резонаторы различных типов и области их использования.

2.Проанализировать различные методы расчета резонаторов.

3.Определить основные параметры заданного резонатора.

4.Рассчитать геометрию резонатора.

5.Рассчитать волновое сопротивление резонатора.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать краткое описание принципа действия и устройства резонатора, обоснование методики расчета параметров и основных элементов конструкции, обоснование технических решений, иллюстративные и графические материалы и краткое заключение с анализом полученных результатов. Объем пояснительной записки порядка 10 страниц формата А4. К пояснительной записке прилагается эскиз резонатора.

17

Оценка знаний по практическим занятиям осуществляется по пяти-

балльной системе. Оценке подлежат:

−полнота раскрытия темы в реферате и самостоятельность при его подготовке;

−качество доклада по теме реферата и ответов на вопросы преподавателя и студентов на семинаре;

−активность участия в дискуссии по темам других докладов. Оценивается также правильность и полнота решения задач контроль-

ных работ.

Списки литературы

Основная

Григорьев А. Д. Электродинамика и микроволновая техника: учеб. для вузов. СПб.: Лань, 2007.

Микроволновая техника: метод. указания для студентов заочной формы обучения / сост.: Д. М. Беневоленский, С. М. Мовнин. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.

Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов. М.: ЛИБРОКОМ, 2014.

Пролетный клистрон: метод. указания по курсовому проектированию / сост.: Д. М. Беневоленский, С. М. Мовнин. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013.

Дополнительная

Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики. М.: Физма-

тлит, 2012.

Сборник задач по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн»: учеб. пособие / под ред. С. И. Баскакова. М. : Высш. шк., 1981.

18

ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчет резонаторов. Основными параметрами объемных резонаторов являются резонансная длина волны λ0 , собственная добротность Q0 и вол-

новое сопротивление ρ.

Добротность резонатора представляет собой отношение запасенной в нем колебательной энергии к энергии, теряемой в стенках резонатора за период. Следовательно, для повышения добротности необходимо увеличивать отношение объема резонатора к площади поверхности и, кроме того, добиваться уменьшения потерь в стенках за счет повышения чистоты обработки внутренней поверхности и нанесения высокопроводящего покрытия. Собственное сопротивление резонатора R0 связано с его добротностью и волно-

вым сопротивлением соотношением R0 Q0ρ.

Основные типы резонаторов, используемых в пролетных клистронах, изображены на рис. П.1.

В зависимости от отношения радиуса к осевой длине различают резонаторы тороидального типа, коаксиальные резонаторы и резонаторы в виде радиальной линии.

Рис. П.1. Типы резонаторов:

а – тороидальный; б – коаксиальный; в – радиальный

Коаксиальный резонатор представляет собой отрезок коаксиальной линии, закороченный емкостью высокочастотного зазора.

Наименьшими продольными размерами обладают резонаторы, выполненные в виде радиальной линии.

Тороидальные резонаторы характеризуются ярко выраженной сосредоточенной емкостью, в результате чего электрическое поле сконцентрировано

19

в основном в области зазора, а магнитное поле в объеме резонатора. Такой резонатор с хорошим приближением может быть представлен в виде эквивалентного колебательного контура с сосредоточенными постоянными, и его резонансная длина волны [см] и волновое сопротивление [Ом] могут быть рассчитаны по формулам

где L, C эквивалентные индуктивность [нГн] и емкость [пФ] резонатора.

Электрическое поле сосредоточено в зазоре и вблизи боковой поверхности пролетных труб, и емкость резонатора С может быть представлена в виде суммы торцевой емкости зазора C1 и боковой емкости объема C2 , прилега-

ющего к выступу.

Для тороидального резонатора (рис. П.2) можно привести следующие значения эквивалентных индуктивности и емкостей:

L 2h ln r2 , (П.1) r1

При определении длины зазора d необходимо исходить из следующих соображений. В современных клистронах зазоры резонатора не имеют сеток, что приводит к «провисанию» электрического поля зазора внутрь пролетных труб и, следовательно, увеличению эффективной длины зазора. Одновременно возникает радиальная составляющая электрического поля, приводящая к появлению радиальной скоростной модуляции, ухудшающей фокусировку и группирование пучка. В связи с этим длина зазора d выбирается из условия минимального относительного провисания электрического поля. Это условие выполняется при da 0,8 .

20