Лампы СВЧ диапазона - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника контрольная работа

Лампы бегущей и обратной волны СВЧ диапазона. Расчет геометрии замедляющей системы, дисперсионной характеристики и сопротивления связи, геометрии и рабочих параметров вывода и ввода энергии, величины индуктивности фокусирующего магнитного поля.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Министерство образования и науки Российской федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»
по дисциплине: «Приборы СВЧ и оптического диапазона»
2.1 Расчет геометрии замедляющей системы
2.2 Расчет дисперсионной характеристики и сопротивления связи
2.3 Расчет геометрии и рабочих параметров вывода и ввода энергии
2.4 Расчет величины индуктивности фокусирующего магнитного поля
Список используемых информационных источников
К лампам СВЧ диапазона можно отнести лампу бегущей волны и лампу обратной волны. Эти лампы относятся к электровакуумным приборам СВЧ диапазона. Эти лампы в основном применяются для усиления сигналов СВЧ.
лампа диапазон индуктивность магнитный
Лампа бегущей волны (ЛБВ) -- электровакуумный прибор, в котором для генерирования и/или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении.
Лампа бегущей волны была впервые создана Рудольфом Компфнером в 1943 году.
Лампы бегущей волны подразделяются на два класса: ЛБВ типа О и ЛБВ типа М.
В приборах типа О происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию СВЧ поля в результате торможения электронов этим полем. Магнитное поле в таких лампах направлено вдоль направления распространения пучка и служит лишь для фокусировки последнего.
В приборах типа М в энергию СВЧ поля переходит потенциальная энергия электронов, смещающихся в результате многократного торможения и разгона от катода к аноду. Средняя кинетическая энергия при этом остается постоянной. Магнитное поле в таких приборах направлено перпендикулярно направлению распространения пучка.
Принцип действия ламп бегущей волны (ЛБВ) основан на механизме длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны. На рисунке схематично представлено устройство ЛБВ. Электронная пушка формирует электронный пучок с определенным сечением и интенсивностью. Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. С помощью фокусирующей системы, создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка на всем пути вдоль замедляющей системы. В ЛБВ электронная пушка, спиральная замедляющая система и коллектор размещаются в металлостеклянном или металлическом баллоне, а фокусирующий соленоид располагается снаружи. Спираль крепится между диэлектрическими стержнями, которые должны обладать малыми потерями на СВЧ и хорошей теплопроводностью. Последнее требование важно для ламп средней и большой выходной мощности, когда спираль нагревается из-за оседания электронов и нужно отводить это тепло, чтобы не было прогорания спирали.
На входе и выходе замедляющей системы есть специальные устройства для согласования ее с линиями передачи. Последние могут быть либо волноводными, либо коаксиальными. На вход поступает СВЧ сигнал, который усиливается в приборе и с выхода передается в нагрузку.
Трудно получить хорошее согласование во всей полосе усиления лампы. Поэтому есть опасность возникновения внутренней обратной связи из-за отражения электромагнитной волны на концах замедляющей системы, при этом ЛБВ может перестать выполнять свои функции усилителя. Для устранения самовозбуждения вводится поглотитель, который может быть выполнен в виде стержня из поглощающей керамики или в виде поглощающих плёнок.
В зависимости от назначения ЛБВ выпускаются на выходные мощности от долей мВт (входные маломощные и малошумящие ЛБВ в усилителях СВЧ) до десятков кВт (выходные мощные ЛБВ в передающих устройствах СВЧ) в непрерывном режиме и до нескольких МВт в импульсном режиме работы.
В ЛБВО малой и средней мощности применяют спиральные замедляющие системы, в мощных ЛБВО -- цепочки связанных резонаторов
Электроны, пролетая сквозь замедляющую систему, отдают часть своей кинетической энергии СВЧ полю, что приводит к уменьшению скорости электронов. Но при этом нарушается условие фазового синхронизма Ve ? Vф. Отсюда вытекает основное ограничение КПД ЛБВО, связанное с невозможностью отдачи всей кинетической энергии электронов СВЧ полю: электронные сгустки смещаются из области тормозящего поля в область ускоряющего.
Нижний предел скорости электронов определяется фазовой скоростью замедленной волны. Поэтому величина КПД должна быть тем больше, чем значительнее превышение начальной скорости электронов над фазовой скоростью волны в замедляющей системе. Однако при увеличении рассинхронизма ухудшается группирование на входном участке замедляющей системы и резко уменьшается коэффициент усиления. Таким образом, требования максимального КПД и высокого коэффициента усиления в ЛБВО оказываются противоречивыми.
Реальная величина КПД у ЛБВО составляет 30--40 %.
Маломощные ЛБВО применяются во входных усилителях, средней мощности -- в промежуточных усилителях, большой -- в выходных усилителях мощности СВЧ колебаний.
В ЛБВ типа М, в отличие от ЛБВО, существуют две существенные особенности:
наиболее благоприятное взаимодействие электронов с бегущей волной и передача энергии от электронов к полю происходят при точном равенстве средней скорости электронов и фазовой скорости волны (Ve = Vф). Напротив, для передачи энергии от электронов к полю в ЛБВ типа О требуется, чтобы электроны двигались чуть быстрее.
в ЛБВО электроны отдают полю только избыточную кинетическую энергию, соответствующую разности скоростей электронов и волны. КПД ограничен допустимой разностью этих скоростей. Энергия, передаваемая полю, берется от источника ускоряющего напряжения . В ЛБВМ же кинетическая энергия электронов не меняется, а полю передается потенциальная энергия электронов.
Лампа имеет две основные части: инжектирующее устройство и пространство взаимодействия.
Инжектирующее устройство, состоящее из подогреваемого катода и управляющего электрода, обеспечивает создание ленточного электронного потока и ввод его в пространство взаимодействия.
Пространство взаимодействия, состоящее из волноводного входа, поглотителя, замедляющей системы-анода, волноводного выхода, коллектора и холодного катода, обеспечивает взаимодействие электронов с СВЧ полем. Для создания такого взаимодействия необходимо выполнение условия
где -- начальная скорость потока на входе в пространство взаимодействия, -- скорость поступательного движения в скрещённых электрическом () и магнитном полях ().
При выполнении данного условия электроны, в отсутствие СВЧ поля, прямолинейно движутся к коллектору. Поскольку начальная скорость потока определяется соотношением
, то описанное выше условие сводится к
Параметры прибора выбирают таким образом, чтобы при появлении на входе замедляющей системы СВЧ сигнала на одной из его пространственных гармоник выполнялось условие фазового синхронизма приборов типа М (V0 = Vф). В этом случае в тормозящих полупериодах электрического поля этой гармоники будет происходить увеличение энергии СВЧ сигнала за счет уменьшения потенциальной энергии электронов. Усиленный СВЧ сигнал поступает на выход замедляющей системы, а электроны оседают на коллекторе.
Лампа бегущей волны типа М, также, как и лампа бегущей волны типа О, является широкополосным усилителем, и поэтому в ней возможно самовозбуждение за счет отражения усиливаемого сигнала от выхода замедляющей системы. Для предотвращения самовозбуждения применяется поглотитель.
Полоса рабочих частот в усилителях на ЛБВМ достигает 30 % от средней рабочей частоты и определяется дисперсионной характеристикой замедляющей системы.
Выходная мощность ЛБВМ в непрерывном режиме достигает нескольких киловатт, в импульсном -- нескольких мегаватт.
Рассчитаем лампу бегущей волны типа О.
2.1 Расчет геометрии замедляющей системы
Выбираем условный угол пролета оав заданных пределах 1,61,8 . Расcчитываем средний радиус спирали замедляющей системы по формуле:
гдеа - средний радиус спирали , см;
- длина волны, соответствующая середине рабочего диапазона, см;
Длина волны , соответствующая середине рабочего диапазона определяется по формуле:
Рассчитываем шаг спирали, используя формулу имеющую следующий вид:
Используя соотношение , определили величину диаметра проволоки. Радиус проволоки выбирают малым по сравнению с шагом спирали для получения наибольшего поля, взаимодействующего с электронным потоком, поэтому
Выбираем ближайший стандартный диаметр проволоки см.
Определяем радиус внешнего проводника (экрана) замедляющей системы из соотношения:
Рабочая длина замедляющей системы рассчитывается из выражения:
где - коэффициент усиления по мощности,
где W - волновое сопротивление, Ом;
Выбираем отношение радиуса потока к среднему радиусу спирали замедляющей системы:
которое определяет наибольшее взаимодействие электронного потока с продольной составляющей .
гдес - скорость света в вакууме, см/с;
Величина плотности тока катода для малошумящих ламп меньше значений , поэтому ток системы:
Найденные значения W и определяют следующую величину параметра усиления:
Определяем величину : используя характеристическое уравнение, записанное для решения методом основ находим величину параметра А:
где параметр объемного заряда 4Q при выбранных значениях и равен 7,2, тогда определяем величину .
где - параметр расталкивания, рассчитанный по формуле:
где - собственная частота колебаний электронного потока бесконечного сечения,
Подставляя величины 4Q, и в выражение для получим:
Подставляем значения в уравнение, получаем:
Первый корень уравнения =-0,12, , второй и третий корень находится из выражения:
Используя величину получим искомое значение для величины :
Протяженность активной части системы до поглощения:
Протяженность поглотителя выбираем равной (см), тогда общая длина замедляющей системы при определении (см):
2.2 Расчет дисперсионной характеристики и сопротивления связи
Под дисперсией понимают зависимость фазовой скорости волны от её частоты.
Используем выражения для расчета дисперсионной характеристики:
где - радиус замедляющей системы, см;
учитывая что длина волны связана с частотой соотношения
Рассчитываем сопротивление связи одиночной спирали:
где - постоянная фазовая составляющая.
В ЛБВ используется нулевая гармоника, тогда S=0 поэтому:
2.3 Расчет геометрии и рабочих параметров вывода и ввода энергии
При выполнении данного пункта рассчитаем взаимосвязанное звено между ЛБВ и линией связи. В качестве взаимодействующего звена взят трансформатор полных сопротивлений четырёхступенчатый.
Выберем коаксиал с сопротивлением равным 50 ОМ. Трансформатор используется для согласования системы в полюсе МГц.
Определяем среднюю длину волны рассчитываемого перехода:
Этой длине волны соответствует определенная величина волнового сопротивления. Задаем необходимую трансформацию сопротивлений:
Далее рассчитываем длину каждого трансформаторного участка:
Необходимо определить масштабный множитель, который используется для нахождения местных коэффициентов отражения при значении:
Используя данные находим коэффициенты отражения
Волновое сопротивление отдельных ступеней трансформатора:
где - волновое сопротивление спирали, Ом.
Рассчитываем диаметры отдельных трансформаторных участков внутреннего проводника:
где D - внутренний диаметр внешнего проводника, см.
2.4 Расчет величины индуктивности фокусирующего магнитного поля
В рассчитываемой лампы бегущей волны О-типа фокусировка электронного пучка осуществляется магнитным полем, источником которого служит магнит. Он обеспечивает однородное продольное поле в лампе.
Индукцию магнитного поля рассчитываем по формуле:
В данной контрольной работе произведен расчет лампы бегущей волны О-типа. Определена геометрия замедляющей системы и её характеристики - дисперсию и сопротивление связи. Рассчитаны геометрия и рабочие параметры вывода и ввода энергии, величина магнитной индукции, необходимая для фокусировки пучка. Выбрана спиральная замедляющая система, которая определяет широкополосность ЛБВ. В таких ЛБВ скорость распространения бегущей волны сохраняется практически постоянной при изменении частоты входного сигнала.
1. Кацман, Ю. А. Приборы сверхвысоких частот./ Ю. А. Кацман. - М.: Высш.шк. 1973-382с.
2. Лошаков, Н. В., Пчельников, П. С. Расчёт и проектирование ЛБВ. - М.: Сов. радио, 1966-124с.
3. Цейтлин, М. Б., Кац, К. М. Лампа с бегущей волны. - М.: Сов.радио, 1964-311с.
4. Лебедев, И. В. Техника и приборы СВЧ. -М.:Высш. шк .,1972 - Т. 2. - 375с.
Лампа бегущей волны - электровакуумный прибор на длительной бегущей электромагнитной волне. Расчет геометрии замедляющей системы. Дисперсия как зависимость фазовой скорости волны от её частоты. Расчет геометрии и рабочих параметров вывода и ввода энергии. контрольная работа [545,3 K], добавлен 14.11.2010
Программа моделирования высокочастотных электромагнитных полей CST Microwave Studio. Проектирование основных узлов лампы бегущей волны (ЛБВ) W-диапазона. Замедляющая, электронно-оптическая, фокусирующая системы ЛБВ. Выводы энергии из замедляющей системы. дипломная работа [3,3 M], добавлен 27.09.2016
Устройство и принцип работы лампы бегущей волны типа М. Путь построения теории лампы: продольная и переменная составляющие, решение характеристического уравнения. Амплитудно-частотная характеристика лампы. Устройство и принцип работы лампы обратной волны. реферат [715,7 K], добавлен 20.08.2015
Устройство и принцип работы лампы бегущей волны (ЛБВ). Расчет ее электрических и геометрических параметров по схеме. Общий принцип работы ЛБВ, описание технологических процессов и алгоритм проведения расчетов при изготовлении коллекторного узла лампы. курсовая работа [1,9 M], добавлен 05.06.2011
Тип схемы передатчика. Расчет параметров структурной схемы. Расчет генератора СВЧ, импульсного модулятора и блокинг-генератора. Мощность на выходе передатчика. Напряжение на аноде модуляторной лампы во время паузы. Прямое затухание ферритового вентиля. курсовая работа [212,7 K], добавлен 14.01.2011
Ультразвук. Общие сведения. Фронт волны. Фазовая скорость. Отношение давления к колебательной скорости. Коэфициент стоячей волны. Коэффициент бегущей волны. Энергия упругих колебаний. Плотность потенциальной энергии. Общая плотность энергии бегущей волны. реферат [185,4 K], добавлен 12.11.2008
Рассмотрение конструктивно-технологических параметров ПЗС. Квантовая эффективность и квантовый выход ПЗС-камеры. Применения ПЗС-камер инфракрасного диапазона как прибора ночного видения или устройства для определения температурного поля; их особенности. курсовая работа [158,0 K], добавлен 20.07.2015
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Лампы СВЧ диапазона контрольная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Сочинение На Тему Путешествие В Петербург
Реферат: Педагоги прошлого – Януш Корчак
Эссе На Тему Биологическая Грамотность
Реферат: Югославский кризис. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Традиции испанской кухни
Контрольная работа по теме Использование сети Интернет в юридической деятельности
Реферат по теме Решение уравнений, систем уравнений, неравенств графически
Реферат На Тему Совершенствование Речевых Навыков
Реферат По Теме Рак Гортани
Описание Кровати Сочинение
Реферат по теме Функциональное питание. Функциональные ингредиенты и пищевые продукты
Реферат: Добровольное и обязательное медицинское страхование
Реферат: Жанр портрета. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Драйвер клавиатуры реализующий функции музыкального синтезатора на клавиатуре для Windows NT 5
Дипломная работа по теме Место и роль экономики Узбекистана в международной торговле
Реферат по теме OS Linux
Курсовая работа: Текстовые знаки
Учебное пособие: Трехфазные электрические цепи, электрические машины, измерения электрической энергии, электрического освещения, выпрямления переменного тока
Курсовая работа по теме Физиократы
Вводная Контрольная Работа По Математике 2 Класс
Понятие юридического лица - Государство и право курсовая работа
Дальневосточный экономический район. Добыча алмазов и золота - География и экономическая география реферат
Патофизиология красной крови - Биология и естествознание реферат