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

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОМИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В КЛИНОТРОНАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ

Ковшов1, ЮС, Пономаренко1, СС, Кишко1, СА, Лихачев1, АА, Власенко1, 2, СА
Organization: 

 

1Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
Е-mail: jeanalexkh@gmail.com

2Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61077, Украина

3Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui
Bunkyo 3-9-1, Fukui-shi, Fukui-ken, 910-8507, Japan

 

https://doi.org/10.15407/rej2017.01.068
Язык: русский
Аннотация: 

При создании электронно-вакуумных приборов актуальной задачей является проведение достоверных расчетов их рабочих характеристик. Определение величин высокочастотных потерь и их учет в моделировании приборов является одной из важных проблем. В данной работе предлагается провести исследование шероховатости поверхности замедляющих систем клинотронов, изготавливаемых электроэрозионным способом, методами оптической микроскопии, а также выполнить моделирование температурной нагрузки на элементы таких замедляющих систем для 2-мм, 0,75-мм и 0,33-мм диапазонов волн. В результате проведенных исследований оценена величина высокочастотных омических потерь замедленной волны с учетом шероховатости поверхности реальных замедляющих систем. Получен градиент температуры, как по высоте ламели, так и по основанию гребенки. Определена степень воздействия электронного потока, осаждаемого на замедляющей системе, на величину электропроводности ее поверхностного слоя. С учетом определенных значений высокочастотных омических потерь проведено моделирование выходной мощности клинотронов в зависимости от величины рабочего тока электронного пучка при фиксированной рабочей частоте. В процессе сравнения экспериментальных рабочих характеристик клинотронов, работающих на частотах 136 и 301 ГГц, с результатами моделирования показано качественное и количественное соответствие между ними

Ключевые слова: высокочастотные омические потери, источники ТГц-излучения, клинотрон, шероховатость поверхности, электронно-волновое взаимодействие, электропроводность

Статья поступила в редакцию 20.12.2016
УДК 621.385.6
Radiofiz. elektron. 2017, 22(1): 68-76
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Idehara T., Kosuga K., Agusu L., Ikeda R., Ogawa I., Saito T., Matsuki Y., Ueda K., Fujiwara T. Continuously frequency tunable high power sub-THz radiation source − gyrotron FU CW VI for 600 MHz DNP−NMR spectroscopy. J. Infrared Millimeter Terahz Waves. 2010. vol. 31, N 7. P. 775–790.
  2. Yamazaki T., Miyazaki A., Suehara T., Namba T., Asai S., Kobayashi T., Saito H., Ogawa I., Idehara T. and Sabchevski S. Direct observation of the hyperfine transition of ground-state positronium. Phys.  Rev. Lett. 2012. .108, .25. .253401-1–253401-5.
  3. Вертий А. А., Карнаухов И. М., Шестопалов В. П. Поляризация атомных ядер миллиметровыми волнами. Киев: Наук. думка, 1990. 232 с.
  4. Rosaya M., Blank M., Engelke F. Instrumentation for solid-state dynamic nuclear polarization with magic angle spinning NMR. Journal of Magnetic Resonance. 2016. vol. 264. P. 88–98.
  5. Matsuki Y., Idehara T., Fukazawa J., Fujiwara T. Advanced instrumentation for DNP-enhanced MAS NMR for higher magnetic fields and lower temperatures. Journal of Magnetic Resonance. 2016. vol. 264. P. 107–115.
  6. Khutoryan E., Idehara T., Kuleshov A., Ueda K. Stabilization of Gyrotron Output Power by Use of PID Feedback Control of Anode Voltage. The Physical Society of Japan. 2015. P. 552.
  7. Khutoryan E. M., Idehara T., Kuleshov A. N., Tatematsu Y., Yamaguchi Y., Matsuki Y., Fujiwara T. Stabilization of Gyrotron Frequency by PID Feedback Control on the Acceleration Voltage. J Infrared Milli Terahz Waves. 2015. vol. 36, Iss. 12. P. 1157–1163. DOI:10.1007/s10762-015-0212-2
  8. .Лысенко Е. Е., Паньков С. В., Пишко О. Ф., Чумак В. Г., ЧуриловаС.А. Разработка клинотронов непрерывного действия для диапазона 400…500 ГГц. Электромагнитные волны и электронные системы. С.63–71.
  9. Ponomarenko S. S., Kishko S. A., Khutoryan E. M., Kuleshov A. N., Zavertanniy V. V., Lopatin I. V., Yefimov B. P. 400-. IEEE Trans. Plasma Sci. 2013. .41, 1. . 82–86.
  10. Khutoryan E., Sattorov M., Lukin K. A., Oh-Joon K., Sun-Hong M., Bhattacharya R., In-Keun B., Seontae K., Minwoo Yi., Joonho S., Gun-Sik P.Theory of Multimode Resonant Backward-Wave Oscillator With an Inclined Electron Beam. IEEE Trans. Elec. Dev. 2015. vol. 62, N 5. P. 1628–1634.
  11. Kirley M. P., Booske J. H. The physics of conductivity at terahertz frequencies. Proc. IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC): conf. proc. Beijing, 2015. DOI: 10.1109/IVEC.2015.7223746
  12. Booske J. H., Dobbs R. J., Joye C. D., Kory C. L., Neil G. R., Gun-Sik Park, Park J., Temkin R. J. Vacuum electronic high power terahertz sources. Trans. Terahertz Sci. and Tech.  2011. vol. 1, N 1. P. 54–75.
  13. Голант М. Б., Маклаков А. А., Щур М. Б. Изготовление резонаторов и замедляющих систем. Под ред. Н. Д. Девяткова. Москва: Сов. радио, 1969. 408 с.
  14. Хватов Б. Н. Выполнение измерений параметров шероховатости поверхности по ГОСТ 2789–73 при помощи приборов профильного метода: лабораторная работа. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. 24 с.
  15. Сафонова Т.Н. Физика. Ч. 3. Волновая и квантовая оптик: методические указания по выполнению лабораторных работ. Ливны: Изд-во ОрелГТУ, 2008. 72 с.
  16. Awad A. M., Abdel Ghany N. A., Dahy T. M. Remowal of tarnishing and roughness of copper surface by electropolishing treatment. Applied Surface Science. 2010. N 256. P. 4370–4375.
  17. Кущ В.С., Голант М.Б., Задворнов М. Г. Метод изготовления замедляющих систем для ЛОВ субмиллиметрового диапазона волн. Вопросы спецрадиоэлектроники. Cер. Электроника СВЧ. 1964. .7. . 121–125.
  18. Кущ В.С. Разработка мелкоструктурных замедляющих систем для СВЧ генераторов субмиллиметрового диапазона волн и их исследование: дис. канд. техн. наук; Ин-т радиофизики и электроники АН УССР. Харьков, 1971. 172 с.
  19. Левин Г. Я., Бородкин А. И., Ефимов Б. П., Васюренко А. П., Руденький Г. Я., Ендальцев Л. И. Изготовление гребенчатых замедляющих систем субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов радиоволн при помощи плавающей накатки. Радиофизика и электроника: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 1962. T. 10. С. 223–226.
  20. Левин Г.Я., БородкинА.И., КириченкоА.Я., ЧуриловаС.А., УсиковА.Я. Клинотрон. Киев: Наук. думка, 1992. 157 с.
  21. Gamzina D., Li H., Himes L., Barchfeld R., Popovic B., Pan P., Letizia R., Mineo M., Feng J., Paoloni C., Luhmann N. C. Nanoscale Surface Roughness Effects on THz Vacuum Electron Device Performance. IEEE Trans. on Nanotechnology. 2016. vol. 15, N 1. P. 85–93.
  22. Bhattacharjee S., Booske J. H., Kory C. L., Van der Weide D. W., Limbach S., Gallagher S., Welter J. D., Lopez M. R., Gildenbach R. M., Ives R. L., Read M. E., Divan R., Mancini D. C. Folded Waveguide Traveling-Wave Tube Sources for Terahertz Radiation. IEEE Trans. on Plasma Sci. 2004. vol. 32, N 3. P. 1002–1013.
  23. Ponomarenko S. S., Kovshov Y. S., Kishko S. A., Novikova-Korotun Y. S., Khutoryan E. M., Kuleshov A. N. Development of compact CW clinotrons for DNP-NMR spectroscopy. Proc. 9th Int. Kharkiv Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW’2016). Kharkiv, 2016. P. 1–4.
  24. Mineo M., Paoloni C. Comparison of THz Backward Wave Oscillators Based on Corrugated Waveguides. Progress In Electromagnetics Research Letters. 2012. vol. 30. P. 163–171. doi:10.2528/PIERL12013107
  25. Joe J., Louis L. J., Scharer J. E., Booske J. H. and Basten M. A. Experimental and theoretical investigations of a rectangular grating structure for low-voltage traveling wave tube ampli-fiers. Phys. Plasmas. 1997. vol. 4, N 7. P. 2707–2715.
  26. Путилов К. А. Курс физики: в 3 т. Т. 2. Учение об элект-ричестве: учеб. пособие. Москва: Гостехтеориздат, 1962. 583 с
  27. Сивухин Д. В. Общий курс физики: в 5 т. Т. 3.
  28. Шевчик В. Н., Трубецков Д. И. Электроника ламп обратной волны. Cаратов: Саратовский ун-т, 1975. 195 с.
  29. Tsimring Sh. E. Electron beams and microwave vacuum electronics. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007. 599 с.
  30. Grow R. W., Watkins D. A. Backward-Wave Oscillator Efficiency. Proceedings of the IRE. 1955. vol. 43, N 7. P. 848–856.
  31. АлямовскийИ.В. Электронные пучки и электронные пушки. Москва: Сов. радио, 1966. 454 с.
  32. Basten M. A. and Booske J. H. Two-plane focusing of high-space-charge sheet electron beams using periodically cusped magnetic fields. J. Appl. Phys. 1999. . 85, 9. . 6313–6322
  33. .Кириченко А. Я. Ортоклинотронный эффект. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. Харьков, 2007. .12, спец. вып. С.117–121.
  34. Альтшулер Ю. Г., Татаренко А. С. Лампы малой мощности с обратной волной. Москва: Сов. адио, 1963. 296 с.
  35. Хуторян Э. М., Пономаренко С. С., Кишко С. А., Лукин К. А., Кулешов А. Н., Ефимов Б. П. Колебания в генераторе О-типа при возбуждении объемно-поверхностной моды резонатора с периодически неодородной гребенкой. Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2013. T. 21, № 2. С. 9–19.