В.Б. Байбурин¹, А.С. Розов², Н.Ю. Хороводова³, С.Л. Чернышев4

1−3 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов, Россия)

4 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Известные приборы и устройства М-типа классической конструкции обладают многими преимуществами, например, устойчивостью к радиационным и механическим нагрузкам, высоким КПД и др. Вместе с тем их переход от СВЧ-диапазона к терагерцевому вызывает определенные трудности, обусловленные необходимостью прецизионного изготовления элементов многорезонаторных систем, что требует микронных допусков. 

Цель. Исследовать возможность создания умножителя частоты в терагерцевом диапазоне на основе магнетрона, в котором многорезонаторная система заменена коаксиальным резонатором, для обеспечения существенного снижения технологических ограничений при его изготовлении, а также улучшения эксплуатационных характеристик и основных рабочих параметров. 

Результаты. Рассмотрена возможность создания умножителя частоты в терагерцевом диапазоне частот с использованием вакуумных приборов магнетронного типа. Показано, что выбор этих приборов связан с их известными полезными особенностями: компактностью, устойчивостью к радиационным и механическим нагрузкам, малым весом. В результате исследования установлено, что при параметрическом изменении с малой амплитудой аксиальной магнитной индукции многорезонаторную систему можно заменить коаксиальным резонатором и получить достаточно высокий уровень мощности генерации на частоте 300 ГГц (длина волны − 1 мм), используя в качестве исходного источника магнетрон с длиной волны генерирования 2 мм. Рассмотрена математическая модель, которая включает решение уравнений движения на основе метода крупных частиц с последующим определением наведенного тока, мощности генерации, потерь на катоде и аноде и потерь за счет скин-эффекта, КПД. 

Практическая значимость. Предложенные конструкция перспективного прибора М-типа и соответствующие ей математические модели дают возможность создавать устройства, существенно превышающие по уровню мощности генерации известные типы приборов на частотах до 300 ГГц.

Байбурин В.Б., Розов А.С., Хороводова Н.Ю., Чернышев С.Л. Умножитель частоты магнетронного типа на основе параметрической генерации в скрещенных полях // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 4. С. 59−65. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202104-07

1. Grigoriev A. D. Terahertz Electronics. Cambridge Scholars Publishing. 2020. 333 p.
2. Kapitza P.L. High Power Microwave Electronics. Pergamon Press. 1964. 148 p.
3. Байбурин В.Б., Розов А.С., Хороводова Н.Ю., Чернышев С.Л. Совместное влияние различных факторов на параметрическую генерацию в скрещенных полях // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 7(10). С. 52−56. DOI: 10.18127/j00338486-201907(10)
4. Rozov A. S., Baiburin V. B. Generation in Crossed Fields Under Parametric Variation in the Magnetic Field // J. of Communications Technology and Electronics. USA: Pleiades Publishing Ltd. 2016. V. 61. № 3. Р. 267−271. DOI: 10.1134/S1064226916030025
5. Байбурин В. Б., Куцько П. П., Мещанов В. П., Розов А.С., Терентьев А.А. Учет вихревых электрических полей при параметрической генерации в скрещенных полях // Электромагнитные волны и электронные системы. 2015. Т. 20. № 2. С. 77−80.
6. Байбурин В. Б., Мещанов В. П., Розов А. С. Влияние полей пространственного заряда на параметрическую генерацию в скрещенных полях // Радиотехника. 2017. № 7. С. 95−97.
7. Захаров А.А., Булдаков Е.И., Ерёмин В.П. Исследование и разработка мощных импульсных двухмиллиметровых магнетронов повышенной надежности // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 4(60). Вып. 2. С. 80−86.
8. Evans M.W. and Harlow F. H. The Particle-in-Cell Method for Hydrodynamic Calculations. Los Alamos Scientific Laboratory, LA2139. New Mexico. 1957. 73 p. 
9. Dawson J.M. Particle simulation of plasmas // Reviews of Modern Physics. 1983. V. 55. № 2. P. 403−447. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.55.403.
10. Shockley W. Currents to Conductors Induced by a Moving Point Charge // Journal of Applied Physics.1938. № 9(10). P. 635−636. DOI: 10.1063/1.1710367
11. Brillouin L. The Mathematics of Ultra-High Frequencies. Radio Brown University. 1943. 210 p.
12. Jackson J.D. Classical Electrodynamics Third Edition. Wiley. New York. 1999. 834 p.