МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона

    помещаются в фургонах нескольких автомобилей, в железнодорожных вагонах, на

    вертолете или на самолете. Необходимо было снизить вес источника питания и

    самого клистрона (вес источника пропорционален ~ кубу напряжения). Для

    этого был сделан переход к многолучевым конструкциям. Для уменьшения веса

    фокусирующих систем применяется реверсная фокусировка и постоянные магниты.

    В таких системах ось симметрии магнитной системы не совпадает с осью

    симметрии пролетных каналов (кроме центрального канала). Поэтому расчет

    многолучевой системы в общем случае есть решение трехмерной задачи

    электронной оптики. Таким образом, переход к многолучевым ЭОС есть переход

    от двумерных к трехмерным оптическим системам. Следовательно, в своем

    развитии ЭОС прошли путь от одномерных к двумерным, а затем и к трехмерным

    системам.

    1.2. Современные методы фокусировки электронных потоков в мощных

    однолучевых клистронах (((.

    1.2.1. Электронная пушка мощного клистрона.

    В большинстве современных электронных приборов радиотехнического

    назначения используются различные по пространственной конфигурации

    интенсивные (высокопервеансные) электронные пучки.

    Формирование и фокусировка интенсивных электронных пучков одна из

    основных задач, решаемых при разработке современных электронных приборов.

    Методы формирования и фокусировки электронных пучков, как правило,

    связаны с принципом управления ими, особенно в тех приборах, где элементы

    электронно-оптических устройств входят непосредственно в конструкции

    колебательных или замедляющих систем. Тем не менее, существует ряд общих

    требований, для четкого уяснения которых рассмотрим кратко основные типы

    ЭОС, применяемых в электронных приборах радиотехнического назначения.

    Начнем это рассмотрение с систем исходного формирования электронных пучков

    – электронных пушек.

    Основная задача электронной пушки, заключается в формировании

    интенсивного электронного пучка определенной конфигурации с заданными

    значениями тока и скорости и, по возможности, с ламинарным движением

    электронов.

    В клистронах и ЛБВ типа О в целях получения большой высокочастотной

    мощности без существенного сокращения срока службы катода очень часто

    используются аксиально-симметричные электронные пучки с плотностью тока,

    превышающей допустимую плотность тока катода. Получить такие пучки можно,

    например, при помощи пушки Пирса, конструкция которой состоит из вогнутого

    сферического эквипотенциального катода с подогревателем, прикатодного

    фокусирующего электрода и анода с центральным отверстием. Обычно

    прикатодный электрод имеет потенциал, одинаковый с катодом, и располагается

    так, что его поверхность является как бы продолжением поверхности катода.

    Это дае основание называть такую пушку диодной. Путем соответствующего

    расчета формы электродов, производимого аналитическим методом или с помощью

    математического моделирования, в пушке создается такая конфигурация

    электрического поля, при которой электроны со всей поверхности катода

    равномерно сходятся в узкий электронный пучок, проходящий сквозь отверстие

    анода.

    Степень сходимости электронов характеризуется так называемым

    коэффициентом сходимости (сжатия или компрессии). По мере увеличения

    коэффициента сходимости в пучке возрастают электростатические силы

    поперечного расталкивания, препятствующие сжатию пучка.

    1.2.2. Реверсная фокусировка электронных потоков.

    Применение фокусирующих систем с реверсом магнитного поля, отличаются

    тем, что на длине фокусирующей системы магнитное поле однократно или

    многократно меняет направление (реверсируется). На рис.1.1 и рис.1.2

    приведены распределения магнитной индукции (В–кривые) для идеальной и

    реальной фокусирующих систем с

    Осевое распределение магнитной индукции (В–кривая) для идеального

    реверсивного поля

    [pic]

    Рис.1.1.

    Осевое распределение магнитной индукции (В–кривая) для реальной реверсивной

    системы на постоянных магнитах.

    [pic]

    Рис.1.2.

    однократным реверсом. Характерной особенностью В–кривых реверсивных систем

    является наличие двух областей: области однородного поля L0 и области

    реверса Lр. В – кривые рис.1.1 соответствуют идеальному реверсивному полю,

    когда поле мгновенно меняет знак и протяженность области реверса равна

    нулю. Если бы такое поле удалось реализовать, то радиальное движение

    заряженных частиц в этом поле происходило бы так же, как в однородном поле

    той же напряженности. В практических реверсивных системах область реверса

    магнитного поля имеет конечную протяженность (рис.1.2). Так как магнитная

    индукция в области реверса меньше, чем в области однородного поля (Вz02 <

    В2), то, проходя эту область, фокусируемый пучок испытывает возмущение. В

    частности, первоначально равновесный пучок после прохождения зоны реверса

    будет пульсировать. Этот эффект может быть в значительной степени уменьшен

    в реверсивной системе с компенсирующими выбросами. Физически компенсирующее

    действие выбросов объясняется тем, что, проходя зону выбросов, частицы

    пучка получают некоторый избыточный радиальный импульс, который в

    определенной степени компенсирует уменьшение магнитной фокусирующей силы в

    зоне реверса. В первом приближении компенсирующие выбросы подбираются, с

    таким расчетом, чтобы среднеквадратичная индукция магнитного поля в области

    реверса с выбросами была равна индукции однородного поля:

    |Bр2 = |1 |( |Вz02 dz = B2. |(1.1) |

    | | |( | | |

    | |Lp | | | |

    | | |Lp | | |

    Применение реверсов магнитного поля позволяет существенно увеличить

    коэффициент использования магнитного поля. Более эффективное использование

    магнитного поля в реверсивных системах позволяет, в конечном итоге,

    существенно, примерно в 1 / (N + 1)2 раз, уменьшить массу и габариты

    фокусирующей системы (N – число реверсов).

    1.3. Современные методы расчета электронно-оптических систем мощных

    клистронов.

    1.3.1. Расчеты ЭОС методом синтеза (((.

    Решение задачи формирования электронных потоков можно проводить двумя

    методами:

    1. Заданы форма и потенциалы электродов и магнитное поле системы

    формирования. Требуется определить траектории электронов с учетом или без

    учета собственного пространственного заряда пучка.

    2. Заданы требуемые траектории электронов. Определяются форма и

    потенциалы внешних электродов (а также распределение магнитного поля, если

    оно требуется), обеспечивающие создание заданных траекторий.

    Первый метод получил название метода анализа, второй – метода синтеза

    систем формирования.

    Классическим примером метода синтеза является расчет электродов пушек Пирса

    с прямолинейными траекториями. На этом примере, кстати, хорошо видно, что

    задача синтеза естественно распадается на две части – так называемые

    внутреннюю и внешнюю задачу теории формирования. Действительно, мы задаем

    траектории электронов, находим распределение потенциала внутри пучка (в

    методе Пирса – внутри соответствующего диода), а затем рассчитываем (или

    подбираем на ванне) форму фокусирующего электрода и анода вне пучка,

    обеспечивающие требуемое распределение потенциала.

    Однако решение задачи по Пирсу предполагает, что анод не имеет

    отверстия. Поэтому, как только вводится в рассмотрение отверстие в аноде,

    положение резко изменяется: вблизи анода распределение потенциала и ход

    электронных траекторий становятся совсем не теми, которые заложены в

    расчет. Появляется так называемая анодная линза, которая изменяет

    распределение потенциала в пушке.

    Имеет большой теоретический и практический интерес разработка

    последовательных методов синтеза систем формирования электронных потоков,

    на основании которых можно было бы быстро рассчитывать устройства,

    обеспечивающие пучки с заданным ходом траекторий.

    Впервые метод синтеза в достаточно полной и последовательной форме был

    разработан Г. А. Гринбергом. Он записывает уравнения движения заряженной

    частицы в натуральной системе координат, т. е. в такой ортогональной

    системе, оси которой совпадают с направлениями касательной, главной нормали

    и бинормали к траектории в каждой ее точке. Такая запись позволяет решать

    как обратную, так и прямую задачу электронной оптики, т. е. либо по

    заданным электрическому и магнитному потенциалам внешних фокусирующих полей

    найти траектории пучка, либо по заданным траекториям найти внешние

    фокусирующие поля.

    Уравнения Гринберга обладают большой общностью, обычно употребляемые

    уравнения параксиальной электронной оптики получаются из них как частный

    случай. Они позволяют провести подробный теоретический анализ систем

    фокусировки с криволинейной осью и решить ряд практических задач. В теории

    Гринберга рассматриваются только узкие пучки заряженных частиц и не

    учитывается его собственный объемный заряд.

    Важный шаг в развитии метода синтеза был сделан В.Т. Овчаровым,

    который для нахождения решения внутренней и внешней задачи теории

    формирования предложил использовать криволинейную ортогональную систему

    координат. Выбор этой системы производится таким образом, чтобы одна из ее

    координатных линий совпадала с заданными траекториями, либо чтобы

    электронные траектории лежали на одной из координатных поверхностей.

    Введение такой надлежащим образом выбранной криволинейной системы координат

    позволяет свести задачу о нахождении потенциала внутри пучка электронов к

    решению обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка. При

    таком подходе вся система формирования рассматривается как единое целое.

    Как и всякая теория, теория синтеза систем формирования имеет

    определенные ограничения, связанные с необходимостью введения упрощающих

    предположений, и имеет свои трудности как в расчетном отношении, так и в

    отношении решения внешней задачи, то есть форм электродов и магнитных

    полей.

    Основным недостатком ЭОС рассчитанных методом Синтеза является

    сложность формы вычисленных фокусирующих электродов и их не

    технологичность. Упростить сложную синтезную форму фокусирующих электродов

    можно используя расчет ЭОС методом Анализа, который описывается ниже.

    1.3.2. Расчеты ЭОС методом анализа.

    При расчете ЭОС методом Анализа известными считаются геометрия

    электродов, образующих электронно-оптическую систему, их потенциалы и

    распределение плотности объемного заряда в области, ограниченной контуром

    электродов. Для решения задачи о распределении потенциала в системе,

    применяются различные методы, основным из которых является метод конечных

    разностей.

    Суть метода состоит в замене дифференциального уравнения

    соответствующим ему уравнением в конечных разностях, которое получается

    заменой производных их приближенными выражениями через конечные разности.

    Пусть рассчитываемое поле удовлетворяет двумерному уравнению Пуассона:

    | |(2U |+ |(2U |= -|( |. |(2.2) |

    | |(y2 | |(z2 | |(0 | | |

    Вторые производные потенциала в некоторой точке О рассматриваемой

    области могут быть следующим образом представлены через значения первых

    производных в соседних с ней точках а, b, с, d:

    |(2U |( |1 |((|(U |(a -|(U |(c((|( |(2.3) |

    | | | | | |( | | |( | |

    | | | | | | | | |( | |

    |(z2 | |h | |(z | |(z | | | |

    |(2U |( |1 |((|(U |(b -|(U |(d((| | |

    | | | | | |( | | | | |

    |(y2 | |h | |(y | |(y | | | |

    Входящие сюда первые производные могут быть также выражены через

    конечные разности:

    |( |(U |(a (|1 |(U1 – U0),|(|(U |(c (|1 |(U0 – U3),|( |

    | | | | | | | | | | |( |

    | | | | | | | | | | |(2.4) |

    | | | | | | | | | | |( |

    | |(z | |h | | |(z | |h | | |

    |( |(U |(b (|1 |(U2 – U0),|(|(U |(d (|1 |(U0 – U4).| |

    | |(y | |h | | |(y | |h | | |

    Здесь U1, U2, U3, U4 – значения потенциалов в точках 1, 2, 3, 4,

    окружающих точку О.

    Подставляя (2.4) в (2.3), находим:

    |(2U |( |1 |((U1–U0) - |(2U |( |1 |((U2 – U0) - (U0 – |

    | | | |(U0–U3)(, | | | |U4)(, |

    |(z2 | |h2 | |(y2 | |h2 | |

    и

    | |(2U |+ |(2U |( |1 |(U1 + U2 + U3 + U4 – 4U0). |

    | |(y2 | |(z2 | |h2 | |

    Отсюда получаем следующий конечно-разностный аналог уравнения

    Пуассона:

    U1 + U2 + U3 + U4 – 4U0 = - h2( / (0 .

    Для двумерного уравнения Лапласа соответственно имеем

    U1 + U2 + U3 + U4 – 4U0 = 0

    Аналогично может быть получен конечно-разностный аналог уравнения

    Пуассона в цилиндрических координатах:

    | |(2U |+ |1 |( |(U |+ |(2U |= -|( |; |

    | |(r2 | |r | |(r | |(z2 | |(0 | |

    |U1 + U2 + U3 + U4 – 4U0 + |h |(U2 – U4) = |h2(|, |(2.5) |

    | | |- | | | |

    | |2r0| |(0 | | |

    где r0 – расстояние от оси симметрии до рассматриваемой точки.

    Для точек, лежащих на оси симметрии, вместо (2.5) будем иметь:

    U1 + U3 + 4U2 – 6U0 = - h2( / (0 .

    Записанные выше разностные уравнения связывают значения потенциала в

    отдельных дискретных точках, поэтому для расчета поля область, в которой

    ищется решение, покрывается квадратной сеткой с шагом h. Для каждого узла,

    лежащего внутри рассматриваемой области, составляется разностное уравнение,

    связывающее потенциал данного узла и четырех прилежащих к нему других узлов

    сетки. При этом узлам, совпадающим с границей области, приписываются

    фиксированные значения потенциала, равные потенциалам соответствующих точек

    границы.

    Конечно - разностные уравнения, написанные для узловых точек сетки,

    образуют систему линейных алгебраических уравнений, число которых равно

    числу неизвестных. Таким образом, решение краевой задачи сводится к решению

    системы алгебраических уравнений. При этом граничные условия участвуют в

    решении через значения потенциалов граничных узлов и опорных точек.

    Для уменьшения погрешности, связанной с заменой дифференциального

    уравнения разностным, необходимо уменьшать шаг сетки, что означает

    увеличение числа узлов и, соответственно, увеличение порядка системы

    уравнений. В расчетах количество узлов может достигать нескольких тысяч,

    вследствие чего непосредственное решение системы уравнений методом

    исключения оказывается невозможным и для решения используется метод

    последовательных приближений, иначе называемый методом итерации. В

    настоящее время этот метод, имеющий ряд разновидностей, получил широкое

    применение при расчетах полей на ЭВМ.

    При расчете траектории электронов в ЭОС, широкое применение получил

    метод последовательных приближений, заключающийся в следующем. В качестве

    полей первого приближения берутся поля без учета собственных полей потока

    частиц. Эти поля используются для расчета траекторий первого приближения.

    Поля и траектории второго приближения рассчитываются с учетом

    (приближенным) собственных полей пучка. Процесс последовательных

    приближений продолжается до тех пор, пока результаты последующего п – го

    приближения не будут достаточно близки к результатам предыдущего (n – l) –

    гo приближения. В качестве критерия сходимости процесса могут, например,

    служить координаты и углы наклона траекторий частиц в некоторой выбранной

    плоскости анализируемой системы. В тех случаях, когда процесс

    последовательных приближений сходится, для получения конечного результата с

    необходимой для практики точностью обычно требуется 5 – 10 приближений.

    При решении самосогласованных задач методом последовательных

    приближений используется дискретная модель потока частиц в виде траекторий

    – трубок тока. Для этого на входе в анализируемую систему поток частиц

    разбивается в поперечном направлении на N элементарных слоев – трубок тока.

    Парциальный ток каждой трубки (Ik рассчитывается исходя из площади

    поперечного сечения трубки и распределения плотности тока по сечению пучка

    (последнее предполагается известным). Этот ток приписывается одной

    «центральной» траектории трубки, ход которой и рассчитывается в дальнейшем.

    В таком случае решение самосогласованной задачи сводится к совместному

    решению уравнений поля, движения и непрерывности тока. Последнее

    применительно к данной модели пучка имеет вид (Ik = const. По известному

    распределению заряда производится расчет поля следующего приближения и т.

    д.

    1.4. Способы измерения реальных магнитных полей в мощных клистронах

    (((.

    В последнее время стали применяться полупроводниковые измерители

    Страницы: 1, 2, 3


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.