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

Исследование и проектирование отборника мощности для электровакуумного умножителя частоты субмиллиметрового диапазона волн

Рубрика: 
ВАКУУМНАЯ И ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Мильчо, МВ
Organization: 

 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: astis@ire.kharkov.ua
https://doi.org/10.15407/rej2019.03.045
Язык: русский
Аннотация: 

 

Предмет и цель работы. В настоящее время существует проблема создания удобных в эксплуатации генераторов для освоения коротковолновой части субмиллиметрового диапазона волн. В генераторах типа ЛОВ и клинотрон при укорочении длины волны возрастают трудности, связанные с уменьшением размеров замедляющих систем и повышением требований к качеству электронных пучков. Эти требования можно значительно ослабить, используя электровакуумные умножители частоты. В статье описано численное исследование работы отборника мощности в электронных умножителях частоты субмиллиметрового диапазона волн. Цель этих исследований – оценка достижимой выходной мощности в таких умножителях частоты.

Методы и методология работы. Для вычисления КПД отборника мощности проводится анализ трехмерного движения электронных сгустков в заданном электромагнитном поле бегущей волны в замедляющей системе типа «гребенка». Для численного анализа используется разработанная нами ранее программа «Клинотрон». Для описания распределения в пространстве напряженности электрического поля используется строгий аналитический метод конформных отображений. При этом, в аналитических выражениях учитываются сразу все пространственные гармоники поля, и строго описывается сингулярность  поля вблизи ребер гребенки.

Результаты работы. Проведено численное исследование влияния параметров отборника мощности на выходные параметры умножителя. Определены режим и конструктивные параметры отборника мощности умножителя частоты для диапазонов волн   0,5 мм и   0,3 мм.

Заключение. Проведенное исследование показало, что при существующих технологических возможностях реально создать умножители частоты  для  диапазонов волн   0,5…0,3 мм с выходной мощностью порядка десятков милливатт. Необходима также оптимизация модулятора и группирователя электронных сгустков в умножителе частоты. 
Ключевые слова: группировка, клинотрон, умножитель частоты, численный счет, электроника

Статья поступила в редакцию 8.01.2019
УДК 621.385.633.
Radiofiz. elektron. 2019, 24(3): 45-60

Полный текст (PDF)

References: 
  1. Левин Г.Я., Бородкин А.И., Кириченко А.Я., Усиков А.Я., Чурилова С.А. Клинотрон. Киев: Наук. думка, 1992. 200 с. 200.
  2. Dayton J.A.Ir., Mearini G.T., Kory C.L. Diamond Based Sub Millimeter Back Wave Oscillator. IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004): conf. dig. (Monterey, CA, USA, 27–29 April 2004) Monterey, 2004. P. 71–72. 
  3. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Под ред. Н.Д. Девяткова. Москва: Радио и связь, 1985. 135 с.
  4.  Ives L., Kory C., Read M. Development of Terahertz Backward Wave Oscillators. IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC 2004): conf. dig. (Monterey, CA, USA, 27–29 April 2004) Monterey, 2004.4.P. 68–69. 
  5. Еремка В.Д. Умножители частоты с наклонным электронным потоком. Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2007. Т. 12, спец. вып. С. 81–103.
  6. Еремка В.Д., Кириченко А.Я. Экспериментальное исследование миллиметрового умножителя частоты с высоким коэффициентом умножения. Тр. ИРЭ АН УССР. Харьков: 1970. Т. 18. С. 138–148.
  7. Мильчо М.В. Группировка электронов в генераторе типа «клинотрон». Клинотрон как умножитель частоты. Радиофизика и электроника. 2015. Т. 6(20), № 2. С. 54–60. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2015.02.054.
  8. Мильчо М.В., Тищенко А.С.,  Завертанный В.В., Лопатин И.В., Терехин С.Н. Клинотрон – умножитель частоты в субмиллиметровом диапазоне длин волн (  0,93 мм). Радиофизика и электроника. 2015. Т. 6(20), № 2. С. 61–67. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2015.02.061.
  9. Альтшулер Ю.Г., Татаренко А.С. Лампы малой мощности с обратной волной. Москва: Сов. радио, 1963. 296 с.
  10. Мильчо М.В., Ефимов Б.П., Завертанный В.В., Гончаров В.В. Особенности режимов работы генераторов типа клинотрон. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2005. Т. 10, № 3. С. 435–440.
  11. Кириленко А.А., Сенкевич С.Л., Стешенко С.А. Анализ трехмерных замедляющих систем на основе метода обобщенных матриц рассеяния. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2007. Т. 12, спец. вып. С. 122–129.
  12. Hongzhu Xi, Zhaochang He, Jianguo Wang, Rong Li, Gang Zhu, Zaigao Chen, Jinsong Liu, Luwei Liu, Hao Wang. A continuous – wave clinotron at 0.26 THz with sheet electron beam. Physics of plasmas. 2017. Vol. 24, Iss. 3. P. 033105(6 p.). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4977809.
  13. 13.Мильчо М.В. О слабом влиянии скруглений углов в резонаторах гребенки на ее дисперсионные характеристики. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2006. Т. 11, № 2. С. 190–195.
  14. 14.Мильчо М.В. Учет трехмерного движения электронов в генераторах типа «клинотрон». Ч. 1. Методика численного исследования. Радиофизика и электроника. Харьков: 2010. Т. 1(15), № 3. С. 83–91.
  15. 15.Мильчо М.В. Учет трехмерного движения электронов в генераторах типа «клинотрон». Ч. 2. Анализ реальных приборов. Радиофизика и электроника. Харьков: 2010. Т. 1(15), № 4. С. 58–65.
  16. 16.Мильчо М.В. Метод конформных отображений для расчета высокочастотных электромагнитных полей в замедляющих системах. Ч. 1. Случай больших замедлений. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2003. Т. 8, № 1. С. 136–147.
  17. 17.Мильчо М.В. Метод конформных отображений для расчета высокочастотных электромагнитных полей в замедляющих системах. Ч. 2. Электродинамические решения эквивалентные электростатическим. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2003. Т. 8, № 2. С. 259–268.
  18. 18.Мильчо М.В. Метод конформных отображений для расчета высокочастотных электромагнитных полей в замедляющих системах. Ч. 3. Анализ конкретных систем. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков: 2003. Т. 8, № 3. С. 374–385.
  19. 19.Никольский В.В. Теория электромагнитного поля. Москва: Высшая школа, 1961. 372 с.
  20. Ширман Я.Д. Радиоволноводы и объемные резонаторы. Москва: Связьиздат, 1959. 379 с.