Реферат: Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона

Обобщим результаты решения внутренней задачи для электростатической пушки и составим методику расчета пушки с заданными значениями параметров.

Вследствие выполнения условия (2.12) функция j(х) в области малых значений х представляет собой прямую линию, образующую с осью х угол j¢k. Поэтому радиус катода rk можно вычислить в результате решения задачи о пересечении этой прямой с дугой окружности, радиус которой определяется выражением (2.28). Решив эту задачу, получим:

Обозначим радиус пучка в кроcсовере rкр. Очевидно, что rкр определяется значением функции j(х) в кроссовере jkp и может быть вычислен с помощью выражения:

Введем понятие линейной сходимости пучка, определив ее как отношение радиуса катода rк к радиусу пучка в кроссовере rкр. Из уравнений (2.31), (2.30) для линейной сходимости электронного пучка получим следующее выражение:

Зависимость jkp от j¢k, получена в результате решения внутренней задачи для различных значений параметра j¢k, лежащих в интервале 1,2 £ j¢k £ 2,4. При этом значение параметра i оставалось неизменным и равным 0,4. Вычисленная зависимость была аппроксимирована выражением

Подставляя (2.33) в (2.32), получим:

Уравнение (2.34) может быть использовано для вычисления значений параметра j¢k, при котором пушка формирует пучок с заданным значением сходимости S.

При создании методики расчета электростатической пушки будем считать заданными первеанс электронного пучка Рm, линейную сходимость электронного пучка S и коэффициент заполнения канала пучком в.

Для решения внутренней задачи необходимо задать значения параметров i, j¢k, а для решения внешней задачи - дополнительно значения коэффициента m и потенциалов V1, V2. Потенциал V1 определяет форму прикатодного фокусирующего электрода пушки, а потенциал V2 форму анода пушки. Поэтому значение V1 положим равным нулю, а значение V2 вычислим по заданным значениям Рm и в с помощью формулы (2.29). Значение параметра i выберем равным 0,4. Значение параметра j¢k найдем по заданному значению S и вычисленному значению m с помощью уравнения (2.34). Это уравнение трансцендентное и решение его возможно лишь с помощью ЭВМ.

После того как значения параметров i, V1, j¢k, m определены с помощью ЭВМ, можно провести полный расчет пушки, формирующей пучок с заданными параметрами.

Такой алгоритм расчета реализован в программе «Синтез». Эта программа вычисляет геометрию электронной пушки для клистронов и ламп бегущей волны. Для вычисления необходимо задать три параметра:

Рm – микропервеанс электронного потока;

S – линейную сходимость электронного потока;

b – коэффициент заполнения пролетного канала электронным потоком.

В результате расчета определяется теоретическая и технологическая геометрия электронной пушки для клистронов и ламп бегущей волны.

2.2. Программа «Алмаз» по расчету ЭОС методом анализа.

Для расчета ЭОС методом Анализа изложенном в параграфе 1.3.2 использована программа «Алмаз». Эта программа состоит из двух загрузочных модулей: aupr.exe – расчетный модуль, grafl.exe – графический модуль.

Для выполнения расчетов по программе aupr.exe необходимо предварительно подготовить файл исходных данный «fd». Затем выполнить расчеты с помощью программы aupr.exe. При этом по запросу ЭВМ указать файл вывода результатов расчета «frl». В процессе расчета программа сама создает следующие файлы для построения результатов расчета в графической форме:

geom - для построения геометрии,

traek - для построения траекторий электронов,

tok - для построения распределения плотности тока.

Для получения результатов расчета в графической форме необходимо запустить программу grafl.exe, работающей в режиме диалога, и в соответствии с запросами осуществить вывод результатов расчета в виде графиков.

При этом в программе grafl.exe работают пункты меню в соответствии со следующей таблицей:

1.   Геометрия – работает.

2.   Траектории – работает.

3.   Эквипотенциали эл. поля – не работает.

4.   График распределения BZ – не работает.

5.   График распределения JZ – не работает.

6.   График токооседания – не работает.

При повторном выполнении расчетов необходимо предварительно ввести в файл «fd» новые данные и удалить файлы «frl», «geom», «traek», «tok», старого варианта.

При подготовке исходных данных ввод исходных данных осуществляется с дисплея. Данные вводятся в виде последовательности строк, содержащих наименования массивов и переменных и их числовые значения.

Числовые значения вводятся в виде строки чисел действительного типа форматом 8F8.0, причем последовательность ввода массивов и переменных должна строго выполнятся.

При подготовке исходных данных необходимо придерживаться следующих правил:

1. Сначала вводится строка, содержащая наименования переменных или массива и символы – разграничители «I», определяющие начало и конец поля, в котором располагаются числовые значения в соответствии с указанным форматом (8F8.0).

2. В следующей строке записываются под наименованием переменных или массива соответствующие числовые значения. Числовые значения массива могут располагаться в нескольких строках.

3. Числа могут располагаться в любом месте в пределах отведенного для них поля.

4. Количество символов в числе, включая знак и кодовую точку для чисел действительного типа не должно превышать ширины поля.

5. Знак «+» у чисел можно опускать.

Далее приведены наименования переменных, их назначение, последовательность массивов, которые объединяют эти переменные:

Массив 1 описывает общие данные о приборе, данные определяющие точность решения:

RU – максимальные размер области для поля по оси R.

RF – максимальный размер области для пространственного заряда по оси R.

ZU– максимальные размер области для поля по оси Z.

TTT – конец прибора по оси Z и последняя плоскость симметрии.

FH – число узлов, приходящихся на область перекрытия. FH = S /H, где S – протяженность участка прибора, общего для соседних областей (область перекрытия) S = 1.5dk, где dk – диаметр канала.

H – шаг разностной сетки, выбираемой из условий:

          H>=RU/147,

          H>=RF/147,

          H>=ZU/297.

VQ – шаг интегрирования. VQ = (2-3)*H.

U – анодное напряжение в вольтах.

FK – расстояние от катода до плоскости. В которой определяется ток и первеанс прибора. FK = (2-3)*H.

RK – радиус кривизны катода.

HK – высота катода.

ZO – координата по оси Z центра окружности катода.

Y1, Z1 Y2, Z2 – координаты конического катода (временно не используются) и полагаются равными Y1 = Z1 = Y2 = Z2 0.

FE – число слоев электронного потока FE<=30.

GE – критерий сходимости потенциала при расчете поля. GE = 0.001 – 0.0001.

RM– критерий неоднородности магнитного поля.

NP – число плоскостей симметрии, которыми прибора разбивается на отдельные области NP<=30.

IWN – число линий второго порядка, описывающих контур прибора.

IWP – число линий первого порядка, описывающих контур прибора.

NPR – максимальное число последовательных приближений при расчете каждой области.

NS – параметр, задающий частоту вывода цифровой информации на печать. При NS = 0 информация выводится на каждом шаге интегрирования.

NPL – число вводимых в массив Х15 плоскостей.

TK – температура катода в градусах Кельвина. Для расчета без учета влияния тепловых скоростей положить TK = 0.

NEG – число энергетических групп для многоскоростного потока NEG = 1-3.

Массив 2 описывает плоскости, в которых определяется токопрохождение.

Х15 (1) – Z1

Х15 (2) – Z2

Х15 (30) – Z30

Примечание:

1. Первые плоскости должны находиться в местах геометрической симметрии прибора. Число их не должно превышать 30.

2. Х15 (1) равно начальной границе прибора.

3. Х15 (NP) = TTT.

4. При расстановке плоскостей симметрии, на которые разбивается прибор, должно выполняться условие:

          max (Х15 (i + 1) - Х15 (i)) <= ZU – FH*H

Массив 3 описывает контур прибора и потенциалы на электродах. Геометрические размеры прибора должны быть заданы в (мм).

Примечание:

1. Все числа, описывающие данную линию набираются в одной строке.

2. Все линии второго порядка должны быть описаны в начале массива восемью числами (ZH, RH, ZK, RK, UH, ZO, RO, R). Линии первого порядка описываются после линий второго порядка пятью числами (ZH, RH, ZK, RK, UH).

3. Конец прибора должен быть замкнут.

4. Максимальный размер массива Х4 (500).

Массив 4 описывает данные о магнитном поле.

B – максимальное значение продольной магнитной индукции в гауссах.

R1, R2– значения радиусов, на которых задается распределение магнитной индукции по оси Z, причем R1 = 0.5* RO (RO – радиус канала), R2 = 2*R1.

TM – начальная граница магнитного поля, ТМ <= (ZO – RK) – HM.

HM – расстояние между соседними точками по оси Z для значений магнитной индукции.

NM – число табличных значений магнитной индукции по оси вдоль всего прибора при R = 0. NM <= 200.

Массив 5 описывает распределение магнитной индукции по оси Z.

Примечание:

1. Распределение магнитной индукции задается при R = 0, R = R1, R = R2.

2. Если магнитное поле однородно по оси R (RM = 1), то распределение магнитной индукции задается только для R = 0 (осевое распределение BZN).

3. Массивы 4, 5 не вводятся при RM = 0, т.е. когда магнитное поле отсутствует.

4. Данные о магнитном поле должны быть по всей длине прибора.

2.3. Расчет существующего варианта ЭОС прибора КИУ-147.

Расчет производился методом анализа по программе «Алмаз» описанной в параграфе 2.2. Для этого создавался файл исходных данных «fd». Расчет проводился при анодном напряжении 52 кВ и при максимальном значении амплитуды магнитного поля 926 Гс. Результат расчета показан на рис.2.2, а соответствующий файл исходных данных представлен в таблице 2.1.

На этом рисунке показано распределение реверсного магнитного поля на оси одного из пролетных каналов наружного ряда отверстий. Здесь же показана траектория электронов формируемого электронного потока. Расчетное значение первеанса одного луча составило Рm = 0,57 мкА/В3/2, а ток одного луча 6,7 А. Учитывая, что в приборе образовано 40 пролетных каналов суммарный расчетный первеанс используемой ЭОС составил Рm = 22,8 мкА/В3/2.

Как следует из результатов расчета, максимальное значение радиуса электронного потока достигается в выходной части прибора R = 2,7 мм. Радиус пролетной трубы клистрона составляет 3,25 мм. Поэтому

Результаты расчета существующего варианта ЭОС.

Рис.2.2.

Таблица 2.1

Файл исходных данных к рисунку 2.2.

  RU   I  RF   I  ZU   I  TTT  I  FH   I   H   I  VQ   I  U   I

 22.     5.      45.     240.    40.     0.16    0.32   52000.

  FK   I  RK   I  HK   I  ZO   I  Y1   I  Z1   I  Y2   I  Z2  I

 0.32    11.     0.89    11.     0.      0.      0.      0.

  FE   I  GE   I  RM   I  NP   I  IWN  I  IWP  I  NPR  I  NS  I

 19.     0.001   1.      10.     1.0     7.0     10.0    2.

  NPL  I  TK   I  NEG  I       I       I       I       I      I

 10.     0.      1.

  X15  I       I       I       I       I       I       I      I

-0.24    40.     70.     100.    130.    160.    190.    220.

 250.    280.

  X4   I       I       I       I       I       I       I      I

 0.0     0.0     0.89    4.34    0.0     11.     0.0     11.

-1.0     4.34    0.89    4.34    0.0  

-1.0     4.7     2.2     4.7     0.0

 2.2     4.7     2.4     4.9     0.0

 2.4     4.9     2.4     23.     0.0

 11.96   23.     11.96   3.25    1.0

 11.96   3.25    270.    3.25    1.0

 270.    3.25    270.    0.      1.0

  BM   I  R1   I  R2   I  TM   I  HM   I  NM   I       I      I

 1000.   0.3     0.7    -6.      1.5     200.

  XM   I       I       I       I       I       I       I      I

 0.014   0.014   0.015   0.015   0.015   0.015   0.015   0.015

 0.015   0.014   0.011   0.002  -0.021  -0.092  -0.247  -0.486

-0.674  -0.754  -0.787  -0.798  -0.803  -0.805  -0.805  -0.806

-0.805  -0.805  -0.804  -0.804  -0.803  -0.802  -0.801  -0.801

-0.800  -0.799  -0.799  -0.800  -0.801  -0.801  -0.801  -0.802

-0.804  -0.805  -0.807  -0.808  -0.811  -0.813  -0.814  -0.816

-0.817  -0.819  -0.821  -0.822  -0.823  -0.823  -0.824  -0.823

-0.822  -0.821  -0.820  -0.817  -0.813  -0.802  -0.780  -0.717

-0.578  -0.330  -0.097   0.087   0.320   0.615   0.823   0.906

 0.942   0.956   0.964   0.969   0.972   0.976   0.978   0.980

 0.982   0.984   0.985   0.986   0.986   0.986   0.986   0.986

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9