Догадин А. С., Білуга І. Ш., Морозова В. А., Побєдоносцев А. С., Пугнін В. І., Румянцев С. А., Юнаков А. Н. Федеральне державне унітарне підприємство НВП «Исток» 141190 , Московська область, г.Фрязіно, Вокзальна 2а, Росія Fax: (095) 46 58 686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Анотація – Представлені результати смуговий оптимізації потужного 10 ™ резонатора 30 ™ променевого МЯК С-діапазону, що містить в групуючій секції три кластера, по два резонатора кожен. В якості методу оптимізації використовувався так званий метод «Simulated annealing» [5], в основі якого лежить керований випадковий пошук.

I. Вступ

Створення багатопроменевих клистронов (МЛК) стало важливим етапом у розвитку вакуумної СВЧ електроніки [1]. Одним із серйозних переваг МЛК в порівнянні з однопроменевими клістрона є широка смуга МЛК, що дозволяє їм у ряді випадків конкурувати з цього параметру з потужними ЛБВ на ланцюжку резонаторів, забезпечуючи при цьому більш низькі напруги, високий електронний ККД і більш низьку фазову чутливість [1].

Іншим помітним кроком у створенні широкосмугових клистронов є розробка конструкцій клистронов з подвійними або потрійними близько розташованих непов’язаними резонаторами (кластерами) в групуючій секції приладу [2]. Кластерні схеми клистронов (однопроменевих) забезпечили досягнення в потужних клістрона дуже широкої смуги (до 20%) [3].

При проектуванні та розробці широкосмугових клистронов часто використовуються математичні методи оптимізації, засновані на тих чи інших методах пошуку екстремуму функції багатьох змінних [4]. Феноменально збільшені за останні десятиліття обчислювальні ресурси комп’ютерів дозволяють сьогодні використовувати для оптимізації розрахунків трудомісткі, але дуже ефективні методи пошуку [5].

В даній роботі представлені результати смуговий оптимізації потужного 10 ™ резонатора 30 ™ променевого МЛК С-діапазону, що містить в групуючій секції три кластера, по два резонатора кожен. В якості методу оптимізації використовувався так званий метод «Simulated annealing» [5], в основі якого лежить керований випадковий пошук.

II. Основні результати

На рис.1 наведено амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) вихідної потужності і ККД потужного Юті резонатора клістрона, отримані в результаті оптимізації клістрона. У варіанті рис.1 все групують резонатори рівномірно з однаковими довжинами дрейфу розподілені по довжині клістрона. У вихідному каскаді клістрона використані три пов’язаних резонатора (фільтрова система). З розгляду рис.1 видно падіння потужності і ККД на короткохвильовому

краю смуги (нерівномірність АЧХ 1,23 дБ). Загальна ширина смуги становить 350 МГц. Потужність вхідного сигналу однакова на всіх частотах смуги клістрона. Падіння вихідної потужності і ККД на короткохвильовому краю смуги тут пов’язано з негативним впливом нулів посилення резонаторів группірователя в цій частині смуги.

Використання в тому ж клістроні кластерної схеми розташування резонаторів (три кластера на два резонатора кожен) при збереженні довжини приладу і загального числа резонаторів рівним 10, дозволяє позбавиться від впливу нулів посилення групуються резонаторів в високочастотної частини смуги і отримати в смузі 350 МГц АЧХ з вельми низькою нерівномірністю (0,5 дБ).

Збільшення числа резонаторів розглянутого клістрона до14 при деякому збільшенні довжини приладу і збереженням кластерної схеми побудови приладу (п’ять кластерів по два резонатора кожен), а також при використанні активного двухзазорного резонатора в вихідному каскаді, дозволило збільшити смугу клістрона до 500 МГц при постійній вхідній потужності в смузі частот.

Вихідна потужність, ККД в робочому діапазоні

Рис. 1. АЧХ і ККД клістрона без схеми кластерів. Fig. 1. AF-plot & efficiency of conventional MBK

Вихідна потужність, ККД в робочому діапазоні

Рис. 2. АЧХ і ККД клістрона з схемою кластерів. Fig. 2. AF-plot & efficiency of cluster cavity klystron

I. Висновок

Використання кластерної схеми розташування резонаторів группірователя в потужних МЛК дозволяє поліпшити смугові характеристики багатопроменевих клистронов: ширину смуги, ККД і нерівномірність АЧХ.

II. Література

1. Е. A. Gelvich and other, IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol. 41, no 1. Pp. 15-19

2.   R. S. Symons, U. S. Patent, No. 4, 800, 322

3.   R. K. Parker and other, IEEE Trans. Microwave Theory and Teach, vol. 50, No. 3, p. p. 835-845, 2002

4. В. Г. Бороденко і ін Електронна техніка, сер.1, Електроніка СВЧ, № 1, стор 111-121, 1997

5. S. Kirkpatrick, С. D. GelattJr., М. P. Vecchi. Optimization by Simulated Annealing. Science, 13 May, vol. 220, # 4598, 1983.

BANDWIDTH OPTIMIZATION OF POWER CLUSTER CAVITY MBK

Beluga I. I., Dogadin A. S., Morozova V. A., Pobedonostcev A. S., Pougnin V. I., RumyantsevS. A., YunakovA. N.

FSUE “RPC Istok"

Vokzalnaja, 2a, Fryazino, Moscow region, Russia, 141190 Fax: (095) 4658686; e-mail: istkor@elnet.msk.ru

Abstract – The results of the cluster cavity klystron bandwidth optimization have been presented. Cluster schemes of multi-beam klystron permit to improve bandwidth parameters of klystron: bandwidth value, efficiency, frequency response uniformity.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»