Чонг-Зу Нгуен1, Д.Г. Ковтун2

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

1 kdmob74@gmail.com

Постановка проблемы. В лампе бегущей волны О-типа в процессе усиления электромагнитной волны часть ее энергии может возвращаться обратно ко входу. Кроме того, возможно самовозбуждение паразитных волн с частотами из диапазона полосы пропускания замедляющей системы. Эти факторы приводят к нестабильной работе прибора. Для предотвращения данных эффектов можно использовать поглотитель, который в виде пленки размещается в области замедляющей системы.

Цель. При заданных параметрах электронного потока и конфигурации пространства взаимодействия подобрать оптимальные характеристики поглотителя, позволяющие получить максимальную выходную мощность при стабильной работе усилителя терагерцевого диапазона.

Результаты. Предоставлены результаты серии численных экспериментов, проведенных с использованием математической модели лампы бегущей волны О-типа терагерцевого диапазона. Показано, что моделирование осуществлялось с помощью метода конечных разностей во временной области для решения уравнений Максвелла и метода «частиц-в-ячейках» для анализа динамики электронного потока. Отмечено, что проведенный анализ данных позволяет определить оптимальные параметры поглотителя, при которых достигается максимальная стабильная выходная мощность для входного усиливаемого сигнала на частоте 188 ГГц.

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

Нгуен Чонг-Зу, Ковтун Д.Г. Влияние характеристик поглотителя на работу лампы бегущей волны О-типа // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 1. С. 30−40. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202401-03

1. Chan W.L. Deibel J., Mittleman D.M. Imaging with terahertz radiation // Reports on Progress in Physics. 2007. V. 70. № 8. P. 1325–1379. DOI 10.1088/0034-4885/70/8/R02.
2. Zhang J.-Y., Ren J.-J., Li L.-J., Gu J., Zhang D.-D. THz imaging technique for nondestructive analysis of debonding defects in ceramic matrix composites based on multiple echoes and feature fusion // Optics Express. 2020. V. 28. № 14. P. 19901–19915. DOI 10.1364/OE.394177.
3. Гибин И.С., Котляр П.Е. Матричный оптико-акустический приемник ТГц излучения с нанооптоэлектромеханическими элементами на основе перфорированного SLG графена // Прикладная физика. 2020. №. 3. С. 76–82.
4. Панас А.И., Чигарев С.Г., Вилков Е.А., Бышевский-Конопко О.А. Спин-инжекционный механизм возбуждения собственной намагниченности в антиферромагнитной нанопленке // Прикладная физика. 2020. №. 5. С. 16–22.
5. Shin Y.-M., Barnett L.R., Luhmann N.C. Phase-shifted traveling-wave-tube circuit for ultrawideband high-power submillimeter-wave generation // IEEE Transactions on Electron Devices. 2009. V. 56. № 5. P. 706–712. DOI 10.1109/TED.2009.2015404.
6. 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. DOI 10.7868/ S0033849415120116.
7. Shi X., Wang Zh., Zhang Y.,Wang Y., Liu Sh., Duan Zh., Wei Y., Gong Y. An Arbitrary Staggered Multi-Vane Traveling Wave Tube Driven by Double Sheet Electron Beams // 8th UK, Europe, China Millimeter Waves and THz Technology Workshop. Cardiff, UK. 2015. P. 1–3. DOI 10.1109/UCMMT.2015.7460606.
8. Deng G., Huang X., Yang J., Yin Z., Ruan J. A Three-Stage Cascaded Staggered Double Vane for a 220 GHz Traveling-Wave Tube // Plasma and Fusion Research. 2015. V. 10. P. 1406078–1406078. DOI 10.1585/pfr.10.1406078.
9. 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 Transactions on Electron Devices. 2011. V. 58. № 9. P. 3213–3218. DOI 10.1109/TED.2011.2159842.
10. 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 Transactions on Electron Devices. 2012. V. 59. № 1. P. 234–240. DOI 10.1109/TED.2011.2173575.
11. Luo J., Xie W., Fan Y., Ma T., Wang Z., Zhao D. A wideband input/output structure for the staggered double grating sheet beam travelling wave tube // IEEE International Vacuum Electronics Conference. Monterey, USA. 2016. P. 1–2. DOI 10.1109/IVEC. 2016.7561910.
12. Shu G., Deng J., Xie L., Liu G., Zhang L., Wang J., Qian Z.F., He W. Design, Fabrication, and Cold Test of a High Frequency System for an H-Band Sheet Beam Travelling Wave Tube // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2020. V. 10. № 3. P. 292–301. DOI 10.1109/TTHZ.2020.2972531.
13. Zhang Z., Ruan C. High-power and Broadband Terahertz TWT Amplifier Based on High Order Mode Staggered Double Vane Structure // Photonics & Electromagnetics Research Symposium. Xiamen, China. 2019. P. 555–559. DOI 10.1109/PIERS-Fall48861.2019.9021797.
14. Fan Y., Luo J., Fang Z. W-band sheet beam staggered double grating traveling wave tube with simplified input/output structure // Eighteenth International Vacuum Electronics Conference. London, UK. 2017. P. 1–2. DOI 10.1109/IVEC.2017.8289566.
15. Burtsev A.A., Bushuev N.A., Navrotsky I.A., Sakhadzhi G.V., Shalaev P.D., Grigoriev Y.A. Experimental study of electron guns for TWT of terahertz range // IEEE International Vacuum Electronics Conference. Beijing, China. 2015. P. 7223751. DOI 10.1109/ IVEC.2015.7223751.
16. 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. DOI 10.18127/ j15604128-202101-05
17. 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 10.18127/j5604128-202301-02.
18. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021613359 от 5.03.2021. Численное моделирование работы электровакуумного СВЧ прибора в многочастотном режиме / Ч.З. Нгуен, Д.Г. Ковтун.