В.А. Царев – д.т.н., профессор,  кафедра «Электронные приборы и устройства»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Е-mail: tsarev_va@mail.ru 

А.Ю. Мирошниченко − д.т.н., доцент, зав. кафедрой «Электронные приборы и устройства», Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. Е-mail: alexm@sstu.ru

А.В. Гнусарев – аспирант,  кафедра «Электронные приборы и устройства»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. Е-mail: 19953@bk.ru

Н.А. Акафьева – к.т.н., доцент,  кафедра «Электронные приборы и устройства»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Е-mail: akafieva_na@mail.ru

М.А. Чернышев – аспирант,  кафедра «Электронные приборы и устройства»,

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. Е-mail: tchernysheff.max@yandex.ru

Постановка проблемы. Для создания низковольтных многолучевых клистронов, работающих на частотах Ku- и K-диапазонов, необходимо переходить к новым принципам конструирования и технологии изготовления резонаторных систем этих приборов. Однако создание таких электродинамических систем в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах является сложной задачей. Классические конструкции двухзазорных резонаторов имеют невысокую технологичность и низкую устойчивость к вибрационным воздействиям. В связи с этим значительный интерес представляет создание миниатюрных многолучевых клистронов, резонансные элементы которых, также как и замедляющие системы ЛБВ, выполнены на печатных платах, расположенных перпендикулярно направлению движения электронного потока. Такие конструкции электродинамических систем обеспечивают высокую технологичность и хорошую устойчивость к вибрационным воздействиям.

Цель. Исследовать электродинамические характеристики и параметры многоканальных двухзазорных фотонно-кристаллических резонаторов с фрактальными резонансными элементами «треугольник Серпинского» и поеазать, что при возбуждении таких резонансных систем на резонансных частотах основной и высших мод колебаний, соответствующих противофазному (π) и синфазному (2π) ВЧ-напряжениям в зазорах, возможна реализация эффективного взаимодействия с многолучевым электронным потоком.

Результаты. Фотонно-кристаллический резонатор содержит помещенную в металлический экран решетку из металлических стержней круглой формы. Пространство взаимодействия резонатора расположено внутри дефекта фотонно-кристаллической решетки. В центральной части трехмерного дефекта на подвешенной диэлектрической подложке размещен центральный электрод с тринадцатью отверстиями для пропускания электронных лучей, который соединен с двумя полуволновыми резонансными проводниками с фрактальными элементами. Форму этого элемента определяет номер итерации (К = 0,1,2) фрактала «Треугольник Серпинского». Исследованы три конструкции резонатора с фрактальным резонансным проводником нулевой, первой и второй итерации. Определены основные электродинамические параметры резонатора. Установлено, что в исследуемой резонансной системе противофазный и синфазный виды колебаний имеют разнос частот 6−7%. Показано, что в качестве рабочей моды целесообразно выбирать синфазный вид колебаний, а оптимальной формой фрактального элемента при этом является фрактал второй итерации. Рассмотрено поведение резонансных частот резонатора в зависимости от шага фотонно-кристаллической решетки. 

Практическая значимость. Представленные практические рекомендации по выбору оптимальных параметров конструкций резонаторов могут быть использованы при разработке миниатюрных многолучевых приборов клистронного типа, работающих в качестве усилителей, генераторов или умножителей частоты.

Царев В.А., Мирошниченко А.Ю., Гнусарев А.В., Акафьева Н.А., Чернышев М.А. Миниатюрные двухзазорные фотонно-кристаллические резонаторы с фрактальными резонансными элементами, выполненными на печатной плате // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 7(14). С. 41−49. DOI: 10.18127/j00338486-202007(14)-06.

1. Алыбин В.Г., Семочкин А.С. Бортовые твердотельные СВЧ-усилители мощности будущего для командно-измерительных систем // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. Вып. 3. С. 89−97.
2. Ракова Е.А., Галдецкий А.В., Корепин Г.Ф. и др. Проектирование и исследование технологии изготовления перспективной замедляющей системы для ЛБВ W-диапазона // Сб. статей V Всеросс. конф. «Электроника и микроэлектроника СВЧ». СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. Т. 1. С. 148−152.
3. Smirov A., Newsham D., Yu D. PBG cavities for single-beam and multi-beam electron devices // Proceedings of the 2003 Particle Accelerator Conference.Portland, Oregon, USA. 2003. P. 1153−1155.
4. Yu D., Newsham D., Smirnov A. PBG structures for multi-beam devices // AIP Conference Proceedings. 2002. V. 647. Is. 1. P. 394.
5. Xu Y., Seviour R. Design of photonic crystal klystrons // Proceedings of the 1st International Particle Accelerator Conference.  JACoW. Kyoto, Japan. 2010. Р. 4002−4004.
6. Yogesh Kumar Choukiker, Santanu Kumar Behera, Rajeev Jyoti. Sectoral sierpinski gasket fractal antenna for wireless LAN applications // International Journal of RF and Microwave Computer‐Aided Engineering, 2012. V. 22. Is. 1. P. 68–74.
7. Ray Arup, Kahar Manisha, Sarkar Debashree, Sarkar P. P. On fractal FSS suitable for WLAN and WiMAX communication // Microwave and Optical Technology Letters. 2015. V. 57. Is. 7. P. 1546–1550.
8. Hang Weng, Lin-Shen Chang, Wei-Yu Chen, Cheng-Yuan Hung, Ru-Yuan Yang. Design of novel miniaturized and high quality Sierpinski square resonators // Microwave and Optical Technology Letters. 2008. V. 50. Is. 6. P. 1469–1471.
9. Malik J., Kartikeyan M.V. A stacked equilateral triangular patch antenna with sierpinski gasket fractal for WLAN applications // Progress In Electromagnetics Research Letters. 2011. V. 22. P. 71−81. 
10. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2011611748 от 24.02.2011. REZON. / Мучкаев В.Ю., Царев В.А.
11. Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧ. М.: Радио и связь, 1984. 247 с.