И.А. Накрап – к.ф.-м.н., доцент, 

кафедра «Радиотехника и электродинамика»,

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: nakrapia@info.sgu.ru

А.Н. Савин – к.ф-м.н., доцент, вед. науч. сотрудник, 

АО «НПП «Исток» им. Шокина» (г. Фрязино, Московская область) E-mail: savinan01@yandex.ru

Постановка проблемы. Моделирование ЛБВ на цепочке связанных резонаторов (ЦСР) в режиме совмещенных мод ставит актуальную и важную задачу исследования условий и причин возможной нестабильности прибора вблизи и в точке слияния резонаторной и щелевой полос пропускания ЦСР. Существующие методы расчета и измерения дисперсионных характеристик (ДХ) замедляющих систем (ЗС) не позволяют точно определять границы совмещаемых полос, особенно в области их крутой дисперсии. В работе предлагается использование экспериментальных методов исследования электродинамических характеристик (ЭДХ) ЗС, допускающих измерение характеристик с определением и оценкой свойств ЗС в динамике слияния полос до полного исчезновения полосы непропускания.

Цель. Экспериментально исследовать полосовые характеристики (KстU и коэффициента передачи) ЦСР с выводами энергии, а также продольного распределения полей на резонансных видах совмещенных полос пропускания.

Результаты. При исследовании были использованы оптимизированные по ДХ ЦСР с совмещенными полосами при плавном изменении их дисперсионных характеристик и конечной величине сопротивления связи в области слияния. Тем не менее, характеристики коэффициента передачи и распределения поля ЗС показали наличие в этой области полосы непропускания малой ширины (менее 2%) с небольшим затуханием, а также возбуждением в ней локального колебания. Неполное слияние полос и особенно возбуждение локального колебания в этой области могут быть условиями возможной нестабильности ЛБВ в режиме совмещенных мод.

Практическая значимость. Выявленные причины возможной нестабильности ЛБВ ЦСР в области слияния резонаторной и щелевой полос пропускания показывают необходимость значительного повышения точности расчета ДХ ЦСР в процессе совмещения полос с определением границ не только резонаторной, но и щелевой полос до полного исчезновения полосы непропускания.

1. Carter Richard G. Microwave and RF Vacuum Electronic Power Sources. Cambridge University Press. 2018. Lancaster University. ISBN 978-0-521-19862-2.
2. Sauseng O., Triplett M.E. A 5 kW wideband coupled cavity tube with ppm focusing for 11 GHz to 17 GHz // IDEM. Washington. 1974. P. 491−493. DOI: 10.1109/IEDM.1974.6219800.
3. Karp A., Ayers W.R. Design concepts for an octave-band width coupled-cavity TWT // IDEM. Washington. 1978. P. 546−549. DOI: 10.1109/IEDM.1978.189475.
4. Liu, Shunkang. Expanding to the bandwidth of the coupled cavity TWTs in MMW // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 2001. V. 22. № 2. P. 309−314. DOI:10.1023/A:1010700421777.
5. James B.G. et al. New Circuit for Generating High Power at Millimeter Wavelengths // MOGA 70. Amsterdam. Holland. P. 5.7−5.13.
6. Nej S., Christie L. Coupled resonator slow wave structures for millimetric wave TWT // International Conference on Energy, Communication, Data Analytics and Soft Computing (ICECDS 2017). Chennai (India). 19 June 2018. P. 1209−1211. DOI: 10.1109/ICECDS.2017.8389634.
7. Накрап И.А., Савин А.Н., Оруджев А.Б., Шиндяпина Н.Б. Исследование динамики сближения резонаторной и щелевой полос пропускания замедляющей системы типа ЦСР // Тезисы докладов Междунар. научно-технич. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-94). 4−7 октября 1994 г. Саратов: Изд-во СГТУ. 1994. С. 65. ISBN 5-7433-0057-7.
8. Савин А.Н. Исследование электродинамических характеристик структур вакуумной электроники и магнитоэлектроники СВЧ на основе регрессионных моделей: Дисс. … канд. физ.-мат. наук. Саратов: СГУ. 2003.
9. Savin A.N., Nakrap I.A., Doronin D.M. The equivalent circuit parameters calculation of a coupled cavity chain using electrodynamic characteristics // Conference Proceedings of 20-th International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology (CriMiCo'2010). 5632593. P. 253−254. ISBN 978-966-335-333-3.
10. Накрап И.А., Савин А.Н. Электродинамические характеристики ЦСР с обращенной щелевой модой // Материалы 27-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-2017). 10−16 сентября 2017. Севастополь (Россия). Т. 1. С. 199−207. ISBN: 978-966-335-434-7.
11. Horsley A.W., Pearson A. Measurement of dispersion and interaction impedance characteristics of slow-wave structures by resonance methods // IEEE Trans. Electron Devices. 1966. V. ED-13. P. 962−969. DOI: 10.1109/T-ED.1966.15876.
12. Savin A.N., Nakrap I.A., Vakhlaeva C.P., Kornyakov V.V. The automation of a resonant perturbation method to research electrodynamic characteristics of microwave devices // Proceedings of the 2015 International Conference on Testing and Measurement: Techniques and Applications (TMTA-2015). 2015. P. 7−9. ISBN: 978-1-138-02812-8.
13. Steele C.W. A Nonresonant Perturbation Theory // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (MTT-14(2). 1966. P. 70−74. DOI: 10.1109/TMTT.1966.1126168.
14. Павловский В.А. Определение коэффициента отражения и распределения электрического поля по длине круглого диафрагмированного волновода КДВ // В сб. Ускорители. № 13. М.: Атомиздат. 1974.
15. Накрап И.А., Наседкин А.А., Харченко В.В., Шиндяпина Н.Б. Исследование согласования и распределения поля неоднородных цепочек связанных резонаторов // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1985. № 3.
16. Фано Р.М. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов: Пер. с англ. Ю.Л. Хотунцева // Под ред. Т.И. Слободенюка. М.: Сов. радио. 1965.
17. Nakrap I.A., Savin A.N. Localized fields in stopbands of the coupled nonidentical cavity chain // 17-th International Crimean Conference (CriMiCo-2007) «Microwave and Telecommunication Technology». 2007. 4368662. P. 141−142. ISBN 978-966-335-015-8.
18. Nakrap I.A., Savin A.N. Local oscillations in the limited periodic structure such as a coupled cavity chain // Conference Proceedings International Conference on Actual Problems of Electrons Devices Engineering (APEDE-2006). 4099640. P. 287−295. ISBN 5-7433-1701-1.
19. Nakrap I.A., Savin A.N., Sharaevsky Yu.P. The influence of dipole effect of evanescent waves on field distribution in slow wave structure such as coupled cavity chain with phase velocity jump of the wave // Conference Proceedings of 15-th International Crimean Conference «Microwave and Telecommunication Technology» (CriMiC-2005). 2005. 1564874. P. 209−210.
20. Nakrap I.A., Savin A.N., Sharaevsky Yu.P. Forsed and own waves of coupled cavity periodic structure // Conference Proceedings of 4-th International Crimean Conference «Microwave and Telecommunication Technology» (CriMiC-2004). 2004. P. 197−198. ISBN 966-7968-69-3.
21. Накрап И.А., Савин А.Н. Электродинамические характеристики многорядной встречно-штыревой замедляющей системы // Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. 2015. Т. 23. № 1. С. 62−75.
22. Накрап И.А., Савин А.Н. Исследование продольного распределения полей в периодических структурах с выводами энергии // Материалы докладов 25-ой Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-2015). 2015. С. 147−148. ISBN: 978-1-4673-9414-7.
23. Савин А.Н., Накрап И.А., Вахлаева К.П. Метод разделения видов колебаний при расчете характеристик ЗС ЦСР в программе ANSYS HFSS // Ural Radio Engineering Journal. 2018. Т. 2. № 4. С. 41−51.