Ч.З. Нгуен1, Д.Г. Ковтун2

1,2 Волгоградской государственный технический университет (г. Волгоград, Россия)

Постановка проблемы. Интерес к терагерцевому диапазону электромагнитных волн возникает во многих областях науки и техники. Одним из возможных подходов для решения задачи об усилении электромагнитного излучения данного диапазона предоставляет вакуумная электроника, где особо можно отметить лампу бегущей волны из-за комбинации ее характеристик по мощности и полосе пропускания. Усилители на лампе бегущей волны О‑типа широко используются, но многочастотный режим их работы мало изучен, особенно для терагерцевого диапазона частот.

Цель. Методом численного моделирования исследовать процессы, протекающие в лампе бегущей волны О‑типа при двухчастотном режиме работы, и оценить возможность работы прибора в качестве усилителя терагерцевого диапазона при заданных параметрах электронного потока и конфигурации пространства взаимодействия.

Результаты. Представлены результаты численного моделирования процессов в лампе бегущей волны О‑типа терагерцевого диапазона в многочастотном режиме на основе метода конечных разностей во временной области (FDTD) для уравнений Максвелла и метода «частиц-в-ячейках» (PIC). Выполнен анализ полученных при моделировании данных, позволивший наглядно продемонстрировать нелинейное взаимодействие двух волн с электронным потоком и получить распределение выходной мощности в зависимости от входной мощности.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при исследовании процессов в электровакуумных приборах с целью модернизации уже существующих усилителей и генераторов СВЧ-диапазона в терагерцевом диапазоне, а также для разработки новых приборов.

Нгуен Ч.З., Ковтун Д.Г. Моделирование двухчастотного режима работы лампы бегущей волны О-типа // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. Т. 28. № 1. С. 12−20. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202301-02

1. Kozlov D.S., Odit M.A., Vendik I.B., Roh Y.-G., Cheon S., Lee C.-W. Tunable terahertz metamaterial based on resonant dielectric inclusions with disturbed Mie resonance // Appl. Phys. A. Materials Science & Processing. Мarch 2012. V. A106. № 3. P. 465−470.
2. Мунина И.В., Ященко В.Н., Вендик И.Б., Биргермейер С. Перестраиваемый направленный ответвитель на основе фотонных кристаллов для ТГц диапазона частот // Сб. трудов конф. «Электроника и микроэлектроника СВЧ». Санкт-Петербург. 2−5 июня 2014. С. 286−288.
3. Chan W.L., Deibel J., Mittleman D.M. Imaging with terahertz radiation // Reports on Progress in Physics. 2007. V. 70. № 8. P. 1325−1379.
4. Maagt P. Terahertz technology for space and earth applications // First European Conference on Antennas and Propagation. 6−10 November 2006. P. 1−4.
5. Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.S., Park J.H., Temkin R.J. Vacuum electronic high power terahertz sources // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1. № 1. P. 54−75.
6. Shin Y.-M., Barnett L.R., Luhmann N.C. Phase-shifted traveling-wave-tube circuit for ultrawideband high-power submillimeter-wave generation // IEEE Trans. Electron Device. 2009. V. 56. № 5. P. 706−712.
7. Shin Y.M., Baig A., Barnett L.R., Luhmann N.C., Pasour J., Larsen P. Modeling investigation of an ultrawideband terahertz sheet beam traveling-wave tube amplifier circuit // IEEE Trans. Electron Devices. 2011. V. 58. № 9. P. 3213−3219.
8. Baig A., Gamzina D., Kimura T., Atkinson J.E.,Domier C., Popovic B., Himes L., Barchfeld R. Field M., Luhmann N.C. Performance of a nano-CNC machined 220-GHz trave-ling wave tube amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2017. V. 64. № 5. P. 2390−2397.
9. Shin Y.-M., Baig A., Barnett L.R., Tsai W.-C., Luhmann N.C., System design analysis of a 0.22-THz sheet-beam traveling-wave tube amplifier // IEEE Trans. 2012. V. 59. № 1. P. 234−240.
10. Каретникова Т.А., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Григорьев Ю.А., Григорьев Ю.А., Бурцев А.А., Шалаев П.Д. Моделирование лампы бегущей волны субтерагерцевого диапазона с замедляющей системой типа сдвоенной гребенки и ленточным электронным пучком // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 1. С. 54−60.
11. Нгуен Ч.З., Аликов С.А., Шеин А.Г., Ковтун Д.Г., Ильин Е.М. Трехмерное моделирование процессов в лампе бегущей волны терагерцевого диапазона // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 1. С. 45−54. https://doi.org/10.18127/j15604128-202101-05
12. Железовский Б.Е., Кальянов Э.В. Многочастотные режимы в приборах СВЧ. М.: Связь. 1978. 256 с.
13. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие. Изд. 3-е. СПб.: БХВ-Петербург. 2011. 768 с.
14. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2021613359 от 5 марта 2021 г. Российская Федерация. Численное моделирование работы электровакуумного СВЧ прибора в многочастотном режиме / Нгуен Ч.З., Ковтун Д.Г., правообладатель: ФГБОУ ВО ВолгГТУ. 2021.