Это лучший результат  из всех вариантов для “p“- вида резонатора. Но при пересчете по более точной модели результат снизился. Для вычислительной модели  ST результат приведен в таб.3.4 вариант 2. Как видно результаты существенно снизились, поэтому расчет с выходным зазором не проводился. Более тщательное исследование в окрестностях этого варианта по модели ST не проводился из-за больших затрат машинного времени на один вариант  и низкого тока I_1max/I₀ .

Второй вариант  имеет параметры:

d₁=15.5 мм., d₂=11.5 мм., d₃=4 мм., x₁=1.5, x₂=-1.5, x₃=1.3, L₁₂=27.5 мм.,  L₂₃=15.25 мм., B²/U₀=140, f=-0.2861. При этих параметрах получаем результаты представленные в таб.3.5 вариант 1. Расчет проводился по вычислительной модели T. Для подтверждения корректности результатов оптимальная точка была пересчитана по более точной модели ST (таб.3.5 вариант 2)

Таблица 3.5.

Результаты  расчета клистрона с "p"-резонатором

Это является окончательным  результатом. На рис.3.17 и 3.11. представлены ряд зависимостей для разных параметров клистрона вокруг оптимальной точки.

С учетом потерь в выходном резонаторе выходной КПД  будет меньше электронного КПД третьего зазора h_е3  .При КПД резонатора h_р=0.95 (см. приложение) выходной КПД будет равен

h₃=h_е3*h_р=0.6314*0.95=0.59983.

Рис.3.167(а). Зависимость максимума тока от амплитуды  
на втором зазоре

Рис.3.17.(б). Зависимости максимума  тока I_1max/I₀ и КПД первого резонатора h_е12  от расстояния между зазорами L₁₂

Рис.3.17.(в). Зависимость выходного  КПД h_е3  от амплитуды на выходном зазоре x₃  

2.4. Описание программы  и выбор вычислительных  параметров 

       Расчет  клистрона в данном дипломном  проекте проводился по программе разработанной на кафедре ЭП. В ней используется модель потока из дефформированных элементов и конечно-разностная схема расчета всех электрических полей. В приближении аксиальной симметрии электрических и магнитных полей программа позволяет:

• Моделировать реальное условие работы клистронов в динамическом режиме;
• Исследовать движение электронов от катода до их оседания на коллектор;
• Рассчитывать внешние статические электрические поля и поле пространственного заряда в системе электродов произвольной формы;
• Вычислять переменные электрические поля одно- и многозазорных резонаторов с произвольной формой поперечного сечения зазоров;
• Моделировать процесс возбуждения резонаторов электронным потоком и скоростную модуляцию электронов полями этих резонаторов;
• Исследовать работу клистрона в режиме заданных амплитуд и в самосогласованном режиме;
• Моделировать процессы в клистронах, имеющих резонаторы, настроенные на частоты, кратные входной частоте;
• Анализировать динамические процессы в многоступенчатых коллекторах с рекуперацией остаточной энергии электронов.

       Уравнение движения контрольных электронов по продольной Z и радиальной R координатам решаются методами Рунге-Кутта. Скорость азимутального вращения v₀ рассчитывается с использованием теоремы Буша. Поля высокочастотных зазоров определяются один раз в квазистатическом приближении при единичной разности потенциалов и при хранятся в отдельных массивах. Эти поля используются при вычислении наведенных токов в резонаторе по теореме Шокли-Рамо. Напряженности высокочастотных полей при подстановке в уравнения движения умножаются на амплитудные и временные множители. Амплитуды и фазы напряжений в самосогласованном режиме рассчитываются через наведенные токи и параметры холодных резонаторов. Составляющие внешнего неоднородного магнитного поля определяются по экспериментальным данным. Подробно программа описана в [13,14].

       Для того чтобы любой вычислительный эксперимент давал бы корректные результаты необходимо подобрать вычислительные параметры, которые обеспечивали бы приемлемую точность вычислений. В данной программе есть несколько вычислительных параметров, которые влияют на точность выдаваемых результатов. Рассмотрим наиболее важные из них.

       1.ЕТ - критерий установления значения скоростей электронов при расчете уравнения движения на каждом шаге интегрирования. Для определения влияния критерия ЕТ на точность эксперимента было проведено несколько расчетов двухзазорного резонатора с неизменными параметрами для разных значений ЕТ. Влияние ЕТ оценивалось по стабильности значений I_1max/I₀ и h_е12  при изменении ЕТ от 0.001 до 0.00001. График зависимости представлен на рис.3.1. Как видно из графика влияние ЕТ на точность мало и уже при ЕТ=0.0005 практически полностью отсутствует. Поэтому точные расчеты можно проводить при ЕТ=0.0005, а грубые можно делать и при ЕТ=0.001.

       2.ЕF - критерий установления значений потенциала в узлах разностной сетки при расчете поля. Для определения влияния на точность этого параметра были проведены расчеты, аналогичные предыдущему пункту. Результаты представлены на рис.3.2. Кривая тока становится пологой при ЕF=0.00005 и дальнейшее уменьшение ЕF не имеет смысла. Кривая КПД при ЕF=0.00005 тоже приемлемо пологая.

       3.FPER - число рядов электронов на дискретном участке электронного потока длиной в период. Зависимость точности от FPER представлена на рис.3.3. Видно, что влияние FPER на точность достаточно большое и не стабильное. Для точных расчетов надо использовать FPER = 30¸42.

       4.FBUF - число начальных буферных периодов. Результат практически не зависит от этого параметра (рис.3.4.). Поэтому можно брать параметр FBUF=2.

       5.FHR - число разностных клеток по оси. Оказывает наиболее сильное влияние на результат (рис.3.5.). Поэтому желательно брать большие значения. Но при больших значениях очень резко увеличивается время расчета.

       6.FL - число слоев  электронов в потоке в потоке. этот параметр не менялся и был равен FL=5.

       На  основании изложенных соображений  было сформировано несколько групп  вычислительных параметров , именуемых  в дальнейшем вычислительными моделями (см. таблицу 3.1). Самая грубая модель G использовалась для прикидочных расчетов. С ее помощью искались наиболее перспективные области для дальнейших расчетов. С помощью модели Т исследовались найденные области и искались экстремальные точки. Все экспериментальные результаты приведенные в дипломе были получены с помощью модели Т, если не оговорено другое Для большой достоверности результатов точки с максимальными показателями пересчитывались по самой точной модели ST.

       Расчеты проводились на IBM совместимых машинах  с процессорами 80386, 80486 и PENTIUM. Среднее  время расчета одного варианта на машине с процессором 80486 составляет:

по модели G - 4 мин.

по модели Т - 10 мин.

по модели ST - 35 мин.

Таблица 3.1.

Описание  вычислительных моделей

Рис.3.1. Зависимости hе и I1max/I0 от вычислительного параметра ЕТ 

Рис.3.2. Зависимости hе и I1max/I0 от вычислительного параметра ЕF

Рис.3.3. Зависимости hе и I1max/I0 от вычислительного параметра FPER

Рис.3.4. Зависимости hе и I1max/I0 от вычислительного параметра FHR

Рис.3.5. Зависимости hе и I1max/I0 от вычислительного параметра FBUF 

3. ВЫВОДЫ

       Таким образом в предыдущих работах, проведенных  на кафедре ЭП исследованы электронные  процессы, происходящие при взаимодействии электронов с полями резонаторов при больших углах пролета, соответствующих областям II и III на рис.2.1. При этом во второй области получены значения I_1max/I₀=1.53, а в третьей области I_1max/I₀=1.42 при равномерном поле и I_1max/I₀=1.6 при неравномерном. Проведенные расчеты различных вариантов клистронов, содержащих два высокочастотных зазора , показали ,что электронный КПД составляет от 52 до 57%. При этом общий КПД клистронов можно ожидать около 50%, т.е. примерно в 2 раза выше, чем у клистронов с двумя обычными зазорами.  Достигнутая величина КПД уже находится на уровне разрабатываемых многорезонаторных клистронов (45-50%) [1].

       Вместе  с тем желательно дальнейшее повышение  общего КПД до уровня 60%. В связи  с этим возникает задача рассчитать и спроектировать двухрезонаторный клистрон с тремя пространствами взаимодействия. Первый резонатор двухзазорный "0" или "p" типа с широкими зазорами. Он будет самовозбуждаться что обеспечит стабильность работы при изменении нагрузки. Для этого у него должен быть КПД не хуже 2-3 %.

       Выходной  резонатор является простым однозазорным. В выходном резонаторе часть энергии  будет расходоваться на потери в  самом резонаторе. При КПД резонатора около 95 % это будет снижать выходной КПД по сравнению с электронным еще на 3-4 %.

       Таким образом, с учетом потерь в выходном резонаторе и потерь на самовозбуждение  во входном резонаторе, необходимо спроектировать клистрон со следующими данными :

       КПД прибора 60-65 %

       электронный КПД выходного зазора 63 %

       КПД контура выходного резонатора 94-95%

       входного  резонатора 2-3 %

       При этом общий электронный КПД преобразования мощности электронного потока в СВЧ мощность ( в дальнейшем общий электронный КПД) должен быть  h_еå=65-66%

4. ДВУХРЕЗОНАТОРНЫЙ  КЛИСТРОН С РЕЗОНАТОРОМ "0" ВИДА И С q1»3p

5. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В ШИРОКОМ ЗАЗОРЕ

       Электронные процессы в зазоре рассчитываются с  помощью ЭВМ . Однако целесообразно  эти расчеты сравнить с аналитическими формулами, что бы в дальнейшем:

       1) Ввести поправки к указанным формулам для проведения предварительных оценочных расчетов

       2) Анализируя проведенные расчеты  глубже понять физические процессы

       Были  исследованы электронные процессы во входном широком зазоре протяженностью d₁ =6¸18 мм при параметрах ЭОС: U0=8 кВ, Рm=0.30 мкА/В^3/2 , 2а=3.5 мм., b=1.05 мм., b/a=0.6. Переменное напряжение на резонаторе изменялось в пределах x₁=1.1¸2.4.