• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КЛИНОТРОНОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 125…135 ГГЦ

Ковшов, ЮС, Кишко, СА, Пономаренко, СС, Власенко, СА, Новикова-Коротун, ЮС, Завертанный, ВВ, Кулешов, АН
Organization: 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
Е-mail: jeanalexkh@gmail.com

Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61077, Украина

https://doi.org/10.15407/rej2016.02.045
Язык: русский
Аннотация: 

Разработка компактных генераторов электромагнитного излучения, способных в непрерывном режиме обеспечить уровни мощности в единицы ватт и выше в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, является актуальной задачей для большого числа практических приложений, в частности, для повышения чувствительности спектрального анализа на ядерно-магнитном резонансе с динамической поляризацией ядер. Проведено моделирование параметров клинотрона с центральной рабочей частотой 130 ГГц на основе результатов экспериментальных исследований параметров однотипных генераторов 2-мм диапазона волн. По результатам проведенного анализа рабочих характеристик генераторов определены частотные зависимости параметров пространственного заряда, параметра усиления по Пирсу, а также числа замедленных волн, укладывающихся вдоль системы. Полученные значения использованы при расчете замедляющих систем типа «плоская гребенка», а также при последующем моделировании рабочих характеристик клинотронов с данными системами. По результатам моделирования предложены конструкции клинотронов с однородной и четырехступенчатой замедляющей системой. Экспериментально получена генерация колебаний в генераторе с однородной замедляющей системой в диапазоне частот 125…135 ГГц. Изучены пусковые условия генерации в зависимости от величин тока пучка и индукции фокусирующего магнитного поля. В процессе экспериментального исследования рабочих характеристик данного клинотрона показано хорошее соответствие полученных данных и результатов теоретического моделирования. Предложено использование изложенной методики расчета электродинамической системы для клинотронов в соседних диапазонах длин волн.

Ключевые слова: дисперсия, клинотрон, многоступенчатая плоская гребенка, оптимальный сдвиг фаз колебаний, сопротивление связи, электронно-волновое взаимодействие.

Статья поступила 10.04.2016
PACS 84.40.Fe
УДК 621.385.6
Radiofiz. elektron. 2016, 21(2): 45-52
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Terahertz BWO-spectrosopy / B. Gorshunov, A. Volkov, I. Spektor et al. // J. Inf., Mill. and Terahertz Waves. – 2005. – 26, N 9. – P. 1217–1240.
  2. Markets T. H. Availability, notice, and technical performance of terahertz systems: historic development, present, and trends / T. H. Markets // J. Infrared Mill. Terahertz Waves. – 2015. – 36, N 3. – P. 235–254.
  3. Vacuum electronic high power terahertz sources / J. H. Booske, R. J. Dobbs, C. D. Joye et al. // Trans. Terahertz Sci. and Tech. – 2011. – 1, N 1. – P. 54–75.
  4. 400 GHz Continuous-Wave Clinotron Oscillator / S. S. Ponomarenko, S. A. Kishko, E. M. Khutoryan et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. – 2013. – 41, N 1. – P. 82–86.
  5. Dayton J. A. Backward Wave Oscillator Development at 300 and 650 GHz / J. A. Dayton, Jr. Carol L. Kory, G. T. Mearini // Proc. IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC-2006). – Monterey, 2006. – P. 423–424.
  6. Mineo M. Corrugated Rectangular Waveguide Tunable Backward Wave Oscillator for Terahertz Applications / M. Mineo, C. Paoloni // IEEE Trans. Elec. Dev. – 2010. – 57, N 6. – P. 1481–1484.
  7. Трехмерное моделирование плазмы методом частиц в ячейках на Intel Xeon Phi: оптимизация вычислений и примеры использования / И. Б. Мееров, С. И. Бастраков, И. А. Сурмин и др. // Суперкомпьютерные дни в России. – М., 2015. – С. 495–508.
  8. Вайнштейн Л. А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике / Л. А. Вайнштейн, В. А. Солнцев. – М.: Сов. радио, 1973. – 593 с.
  9. Шевчик В. Н. Электроника ламп обратной волны / В. Н. Шевчик, Д. И. Трубецков. – Cаратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1975. – 195 с.
  10. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн / Е. М. Гершензон, М. Б. Голант, А. А. Негирев и др.; под ред. Н. Д. Девяткова. – М.: Радио и связь, 1985. – 250 с.
  11. Клинотрон / Г. Я. Левин, А. И. Бородкин, А. Я. Кириченко и др. – K.: Наук. думка, 1992. – 157 с.
  12. Мильчо М. В. Взаимодействие электронов с поперечной продольной составляющей высокочастотного поля в генераторах типа клинотрон / М. В. Мильчо // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – 2007. – 12, спец. вып. – C. 59–70.
  13. Альтшулер Ю. Г. Лампы малой мощности с обратной волной / Ю. Г. Альтшулер, А. С. Татаренко. – М.: Сов. радио, 1963. – 296 с.
  14. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ: в 2 т. Т. 1. – М.: Высш. школа, 1972. – 405 с.
  15. Харченко М. А. Корреляционный анализ: учеб. пособие для вузов / М. А. Харченко. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2008. – 31 с.
  16. Ефимов Б. П. Многоволновый резонансный клинотрон миллиметрового диапазона / Б. П. Ефимов // Радиофизика и  электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – 2007. – 12, спец. вып. – C. 71–80.
  17. Пишко О. Ф. Электродинамические характеристики выходного устройства клинотрона / О. Ф. Пишко, В. Г. Чумак, С. А. Чурилова // Радиофизика и  электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – 2007. – 12, спец. вып. – C. 130–133.
  18. Гинзбург Н. С. Теория переходных процессов в релятивистской ЛОВ / Н. С. Гинзбург, С. П. Кузнецов, Т. Н. Федосеева // Изв. вузов. Радиофизика. – 1979. – 21, № 7. – C. 1978–1052.
  19. Бородкин А. И. Об улучшении условий взаимодействия электронного потока с полем поверхностной волны в клинотроне при работе в слабо неоднородном магнитном поле / А. И. Бородкин, А. Я. Кириченко, Г. Я. Левин // Тр. Ин-та радиофизики и электрон. АН УССР. – Х., 1961. – 9. – C. 273–277.
  20. Theory of relativistic backward wave oscillator with end reflections / B. Levush, T. M. Antonsen, A. Bromborsky et al. // IEEE Trans. Plasma Sci. – 1992. – 20, N 3. – P. 263–280.
  21. Automodulation Processes in Clinotrons With Low-Focusing Magnetic Field / M. Sattorov, E. M. Khutoryan, K. Lukin et al. // IEEE Trans. Elec. Dev. – 2015. – 62, N 5. – P. 1617–1621.
  22. Khutoryan E. Theory of Multimode Resonant Backward-Wave Oscillator With an Inclined Electron Beam / E. Khutoryan, M. Sattorov, K. Lukin et al. // IEEE Trans. Elec. Dev. – 2015. – 62, N 5. – P. 1628–1634.
  23. Колебания в генераторе О-типа при возбуждении объемно-поверхностной моды резонатора с периодически неоднородной гребенкой / Э. М. Хуторян, С. С. Пономаренко, С. А. Кишко и др. // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. – 2013. – 21, № 2. – C. 9–19.
  24. Development of 94 GHz BWO – klynotron with 3-stage grating / S. S. Ponomarenko, S. A. Kishko, E. M. Khutoryan et al. // Tele-communications and Radio Engineering. – 2014. – 73, N 3. – P. 271–281.
  25. Лысенко Е. Е. Экспериментальное исследование клинотрона с распределенным квазиоптическим выводом энергии / Е. Е. Лысенко, О. Ф. Пишко, С. А. Чурилова // Радиофизика и радиоастрономия. – 1999. – 4, № 1. – С. 13–20.
  26. Бородкин А. И. Исследование многоступенчатых замедляющих систем гребенчатого типа / А. И. Бородкин, Л. М. Бузик, Е. Е. Лысенко // ИРЭ АН УССР, 1980. – 39 c. (Препр. / АН УССР, Ин-т радиофизики и электрон.; ИРЭ 1980-151).
  27. Sub-THz CW Clinotrons with Multi-Stage Gratings / Yu. S. Kovshov, S. A. Kishko, S. S. Ponomarenko, A. N. Kuleshov // Proc. 1th Int. Young Scientists Forum on Appl. Phys. (YSF-2015). – Dnipropetrovsk, 2015. – Forum Proc. CD (ISBN: 978-1-4673-6976-3), MTE-2 (4 p.).
  28. Nusinovich G. S. Mode Interaction in Backward-Wave Oscillators with Strong End. Reflections / G. S. Nusinovich, Yu. P. Bliokh // Phys. Plasmas. – 2000. – 7, N 4. – P. 1294–1301.
  29. Ефимов Б. П. Экспериментальное исследование влияния отражений на частотные характеристики ЛОВ миллиметрового диапазона / Б. П. Ефимов, А. Я. Кириченко, А. П. Бужинский // Тр. Ин-та радиофизики и электрон. АН УССР. – Х., 1967. – 15. – C. 130–133.