Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Мощный высокоэффективный многолучевой тристрон для телевизионных передатчиков дециметрового диапазона

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Современный уровень развития электронных приборов СВЧ характеризуется тем, что наряду с поисками новых принципов генерирования электромагнитных колебаний высоких и сверхвысоких частот большое внимание уделяется дальнейшему совершенствованию конструкции существующих приборов и улучшению их основных параметров. При этом одной из явно выраженных тенденций развития электронных устройств СВЧ является… Читать ещё >

Содержание

  • Принятые условные обозначения
  • Глава I. Гибридные приборы клистродного типа и перспективы их применения в телевизионном вещании
    • 1. 1. Перспективы разработки и применения приборов клистродного типа для мощных телевизионных передатчиков ДМВ-диапазона
    • 1. 2. Преимущества многолучевых конструкций электровакуумных СВЧ приборов
    • 1. 3. Применение двухзазорных резонаторов в многолучевых конструкциях приборов
    • 1. 4. Применение дополнительного группирующего резонатора
  • Выводы по первой главе
  • Глава II. Конструктивные и электрические параметры триодной части многолучевого тристрона
    • 2. 1. Устройство и принцип действия многолучевого усилительного тристрона
    • 2. 2. Особенности питания первого триодного резонатора приборов клистродного типа
    • 2. 3. Расчет плотности тока в прикатодной области электронных приборов с сеточным управлением при наличии переменных периодических внешних электрических полей
    • 2. 4. Технологические пути уменьшения термоэмиссии сеток СВЧ приборов с сеточным управлением
  • Выводы по второй главе
  • Глава III. Разработка методов расчета параметров клистронной части многолучевого тристрона
    • 3. 1. Методика расчета многоконтурных резонансных систем
    • 3. 2. Расчет распределения продольной составляющей электрического поля в двойном бессеточном зазоре резонатора
    • 3. 3. Расчет коэффициента взаимодействия, активной и реактивной составляющих электронной проводимости двухзазорного резонатора
    • 3. 4. Расчет выходных параметров многолучевого тристрона
    • 3. 5. Чувствительность к отклонению параметров резонатора, 82 нагруженного электронным пучком
  • Выводы по третьей главе
  • Глава IV. Исследование режимов работы и оптимизация параметров многолучевого тристрона
    • 4. 1. Требования к характеристикам излучаемого сигнала приборов, предназначенным для телевизионного вещания
    • 4. 2. Расчет электромагнитной фокусирующей системы
    • 4. 3. Численное моделирование процессов группирования электрон- 101 ного потока в многолучевом тристроне
    • 4. 4. Экспериментальное исследование многолучевого тристрона
  • Выводы по четвертой главе 120 Основные результаты и
  • выводы
  • Список использованных источников
  • Приложения

Принятые условные обозначения

Рц.парц парциальный первеанс пучка- у=со/у0 — фазовая постоянная электронного потока- со — круговая частота- у0 — невозмущенная скорость электронов- АЧХ — амплитудно-частотная характеристика- (2 — добротность резонатора- р — характеристическое сопротивление резонатора- М — коэффициент эффективности взаимодействия- С1 — емкость бессеточного зазора между двумя пролетными трубами в одноканальном резонаторе однолучевого прибора при одинаковых радиусах пролетных каналов- «к — длина волны-

— волновое сопротивление линии передачи- к — число зазоров резонатора- а — радиус пролетного канала- Ь — радиус электронного пучка- 1о (уа)> 11(уЬ) — модифицированные функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядка от соответствующих аргументов- ус1 — угол пролета зазоров резонатора- уЬ — статический угол пролета между центрами двойного бессеточного зазора- Сг — распределенная емкость линии- 9 — нормированная длина линии- С0 — торцевая емкость-

Сб — емкость между боковыми поверхностями пролетных труб- Г! — внешний радиус пролетных труб, выраженный в см- у0 — коэффициент, учитывающий уменьшение торцевой емкости бессеточного зазора по сравнению с сеточным-

Ь — расстояние между центрами зазоров- Рэл — выходная мощность, выделяемая электронным потоком в выходном резонаторе- г|е — электронный КПД- и0 — ускоряющее напряжение- 1]/10 — относительная амплитуда первой гармоники конвекционного тока-

— резонансное сопротивление нагруженного выходного резонатора, нормированное относительно сопротивления луча Яо=ио/1о-

С)п — нагруженная добротность резонатора- ё — ширина зазоров- а — радиус пролетного канала-

— длина центральных пролетных труб резонатора- ^ - резонансная частота-

Соп — емкость элементарного двойного зазора- ]ВС — реактивная проводимость емкостей зазоров- и|/и0 — нормированная амплитуда высокочастотного напряжения на отдельных зазорах- и£ - нормированное напряжение на всей области взаимодействия- Ре — постоянная распространения электронного пучка- (Зп — постоянная распространения плазмы- q — эквивалентный параметр пространственного заряда-

Е2/Ет — нормированная напряженность электрического поля на зазоре резонатора- х=Ш — относительное расстояние между электродами центрального проводника- еа= 8о8г ~ абсолютная диэлектрическая проницаемость-

Ое/во — активная нормированная составляющая электронной проводимости-

Ве/О0 — реактивная нормированная составляющая электронной проводимости-

Уь — потенциал сеточного смещения- Э — проницаемость, ае — эффективная площадь, см

Мощный высокоэффективный многолучевой тристрон для телевизионных передатчиков дециметрового диапазона (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Современный уровень развития электронных приборов СВЧ характеризуется тем, что наряду с поисками новых принципов генерирования электромагнитных колебаний высоких и сверхвысоких частот большое внимание уделяется дальнейшему совершенствованию конструкции существующих приборов и улучшению их основных параметров. При этом одной из явно выраженных тенденций развития электронных устройств СВЧ является разработка, так называемых «гибридных» приборов, объединяющих в себе элементы конструкций и принципы действия различных по типу и даже классу приборов и потому обладающих достоинствами последних.

На сегодняшний день одними из таких приборов, перспективными для применения в телерадиовещании дециметрового (ДМВ) диапазона, являются приборы клистродного типа — клистроды, тристроны.

В клистроде модуляция электронного потока по плотности осуществляется с помощью управляющей сетки, а преобразование кинетической энергии электронов в электромагнитную энергию выходного сигнала — с помощью клистронного резонатора. При этом важной особенностью клистрода перед другими мощными усилителями, в частности перед телевизионными клистронами, является высокая эффективность преобразования энергии постоянного тока в ВЧ — энергию.

Клистроды впервые выпустила на мировой рынок телевизионных передатчиков английская фирма EEV в июне 1991 г. под названием ЮТ (Inductive Output Tube) или лампа с индуктивным выходным взаимодействием. Прототипом этого прибора является лампа A.B. Гаева, предложенная им еще в 1939. г. Создание клистрода стало возможным только благодаря применению новой технологии изготовления сеток из пиролитического графита.

Клистроды применяются в разрабатываемых за рубежом телевизионных цифровых передатчиках со специальным форматом модуляции цифрового сигнала с частичным подавлением боковой полосы — 8VSB, где для передачи цифрового сигнала требуется большее, чем для аналогового сигнала соотношение между импульсной и средней выходной мощностью.

В настоящее время более сотни телевизионных передатчиков на однолуче-вых клистродах успешно работают в 27 странах мира.

Недостатком известных конструкций телевизионных клистродов является сравнительно низкий коэффициент усиления (около 20дБ).

Для того чтобы получить нужную для телевидения полосу (8 МГц), в таких приборах требуется использовать электронные пучки с относительно большим первеансом и резонаторы с высоким характеристическим сопротивлением и низкой добротностью. Однако применяемые в основном однозазорные резонаторы имеют недостаточно высокое характеристическое сопротивление (50−100 Ом), что вызывает необходимость использования дополнительных фильтровых систем. Кроме того, с ростом первеанса уменьшается КПД (до 50%), поэтому для повышения КПД (до 58−60%) в известных конструкциях клистродов, используют многоступенчатую рекуперацию электронного потока, а это усложняет конструкцию прибора.

Повышение эффективности приборов клистродного типа на протяжении многих лет было и остается одной из важнейших проблем дальнейшего совершенствования приборов этого класса.

Добиться более высокого усиления и КПД можно, перейдя к схеме трис-трона — гибрида триода и однолучевого двухрезонаторного клистрона. Работы по исследованию этого прибора проводились в 70−80-х гг. прошлого века на кафедре радиотехнической электроники ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина). Все эти исследования, имевшие общий радиофизический характер, не связывались первоначально с конкретным применением указанных приборов и в основном предназначались для получения возможно большей информации об электронном потоке, распределении электронов по скоростям и т. п.

Успешное решение задачи создания мощного высокоэффективного телевизионного усилителя зависит от правильного выбора основных элементов конструкции и параметров, которые в значительной степени определяют электродинамические и эксплуатационные характеристики прибора.

Для повышения коэффициента усиления и обеспечения требуемой полосы частот разработчики обращают пристальное внимание не только на переход к многолучевым конструкциям, но и на исследование и создание новых конструкций резонаторов, к числу которых можно отнести многозазорные пространственно-развитые резонаторы.

Однако до настоящего времени многолучевые тристроны с двухзазорными резонаторами не были известны ни в нашей стране, ни за рубежом.

Достоинствами многолучевых тристронов являются меньшие значения рабочего напряжения, повышенный электронный КПД (до 60—70%), а также меньшая величина фокусирующего магнитного поля. Использование двухза-зорных пространственно-развитых резонаторов позволяет добиться более высокого усиления до (25−26 дБ).

В тоже время размеры этого гибридного устройства не превышают размеры триодных и тетродных усилителей с таким же числом усилительных каскадов и существенно меньше, чем размеры телевизионного клистрона КУ-318, применяемого в отечественных передатчиках.

Поэтому необходим комплексный подход к решению этой проблемы, требующий дальнейшего совершенствования методов проектирования многолучевых приборов клистродного типа с многозазорными резонансными системами, оптимизации и оперативного расчета основных узлов с применением машинного проектирования.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы является создание, теоретическое и экспериментальное исследование многолучевого усилительного тристрона, разработка методов оперативного расчета и оптимизации его основных параметров для использования в телевизионных передатчиках дециметрового диапазона.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи: анализ существующих конструкций клистродов и тристронов с точки зрения целесообразности их применения в качестве мощных высокоэффективных усилителей телевизионного сигнала дециметровой части СВЧ диапазонаразработка аналитических моделей и определение оптимальной взаимосвязи между выходными (КПД, полоса частот, коэффициент усиления) и внутренними параметрами (первеанс, ускоряющее напряжение, число лучей) многолучевого тристрона и параметрами многоканальной двухзазорной резона-торной системысоздание математических моделей для расчета основных электронных и электродинамических параметров многозазорных резонаторов с учетом нагрузки электронным потокомтеоретическое и экспериментальное исследование многоканальных многозазорных резонаторов с неплотным расположением каналовэкспериментальное исследование выходных параметров многолучевого тристрона и обоснование возможности его использования в телевизионных передатчиках ДМВ диапазонаанализ физических процессов преобразования энергии в усилительном многолучевом тристроне и определение оптимальных для расширения полосы и повышения КПД значений параметра пространственного заряда и функции распределения поля в области распределенного взаимодействия.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается проведением большого объема статических и динамических испытаний многолучевого тристрона с применением современной стандартной измерительной аппаратуры и методик измерений параметров электронных приборов.

Достоверность теоретических результатов обеспечивается фундаментальностью исходных уравнений, используемых для построения математических моделей и проверкой соответствия результатов расчета с данными экспериментальных исследований, или путем сравнения с данными других исследователей.

Практическая ценность работы.

Полученные в диссертационной работе результаты дают основания для практического использования многолучевого тристрона в телевизионных передатчиках ДМВ диапазона вместо малоэффективных и громоздких клистронов КУ-318 в передатчике «Ильмень». Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР и ОКР ФГУП «НПП «Контакт» и СГТУ.

Практическая значимость состоит в разработке нового класса приборовмноголучевых тристронов, новых конструкций многолучевых резонаторных систем с неоднородным полем.

Разработанные математические модели, методики и программы для проектирования многолучевых гибридных приборов могут быть применены в электронной промышленности, например в «АОЗТ «СЕД-СПБ» и ФГУП «НПП «Исток», а также в учебном процессе высших учебных заведений.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Переход от конструкции однолучевого тристрона с однозазорными резонаторами к четырехлучевой конструкции тристрона с применением двухза-зорных пространственно-развитых резонаторов, а также одноступенчатой рекуперации позволяет существенно улучшить комплекс выходных параметров нового гибридного устройства.

2. Оптимальный выбор параметров и конструкции группирующего и выходного двухзазорных резонаторов позволяет снизить до приемлемых значений чувствительность прибора к изменению параметров многолучевого электронного потока в режимах усиления телевизионного сигнала и обеспечить требуемую равномерность амплитудно-частотной характеристики в полосе усиления.

3. Разработанные методы расчета параметров многозазорных пространственно-развитых резонаторов, с учетом нагрузки их электронным потоком, обеспечивают приемлемые для инженерной практики погрешности расчета.

4. Результаты экспериментального исследования многолучевого тристрона подтверждают высокую эффективность его применения для усиления телевизионного сигнала в оконечных каскадах мощных телевизионных передатчиков дециметрового диапазона.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на: Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2000, 2002) — LVI Научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 2001) — четвертом и пятом рабочем семинаре «Saratov-Penza Chapter» (Саратов, 2000, 2001) — Eight International workshop: Beam dynamics & optimization (BDO'2001) (Saratov, Russia, 2001) — 14-ой Деловой встрече-семинаре научных работников по СВЧ-электронике (п. Вардане, 2002) — Fourth IEEE International Vacuum Electron Source Conference (Saratov, Russia, July 15−19, 2002) — на научных семинарах кафедры «Электронные приборы и устройства» .

Часть работы выполнялась в рамках госбюджетной НИР по проблеме 05 В.03 (СГТУ-192).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ и 1 патент.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из списка принятых условных обозначений, введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Ее объем 152 стр., включая 50 рисунков, 6 таблиц, 67 наименований цитируемых источников.

Выводы.

Результаты, проведенного технико-экономического расчета, позволяют выявить следующие экономические показатели для нового прибора:

Во-первых, цена разрабатываемого прибора 300 646,68 руб.;

Во-вторых, эксплуатационные расходы в год 46 525,002 руб.;

В-третьих, экономический эффект от внедрения нового прибора составит 16 055,496 руб. с каждой единицы выпуска.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой