Экспериментальное исследование влияния отражений от нерезонансной нагрузки на режимы генерации гиротрона

А.А. Богдашов; М.Ю. Глявин; Ю.В. Новожилова; А.С. Седов; А.П. Фокин

doi:10.18127/j15604128-201902-05

Экспериментальное исследование влияния отражений от нерезонансной нагрузки на режимы генерации гиротрона

А.А. Богдашов¹, М.Ю. Глявин², Ю.В. Новожилова³, А.С. Седов⁴, А.П. Фокин⁵

научная статья УДК УДК 621.385.69 Страницы: 42-49 doi.org/10.18127/j15604128-201902-05

^1,3 ст. науч. сотрудник, Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)
² зав. лабораторией, Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)
^4,5 науч. сотрудник, Институт прикладной физики РАН (г. Н. Новгород)

Ключевые слова: Гиротрон стабилизация частоты отражение от нерезонансной нагрузки

Аннотация

Представлены результаты серии модельных экспериментов по исследованию влияния сигнала, отраженного от нерезонансной нагрузки, на режимы генерации технологического гиротрона.

В качестве нерезонансного отражателя использована кольцевая диафрагма с возможностью дистанционного управления ее положением в волноводном тракте.

Показана возможность перестройки частоты излучения гиротрона в полосе, определяемой добротностью резонатора гиротрона, и при модуляции выходной мощности до 20%.

Для цитирования

Богдашов А.А., Глявин М.Ю., Новожилова Ю.В., Седов А.С., Фокин А.П. Экспериментальное исследование влияния отражений от нерезонансной нагрузки на режимы генерации гиротрона // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. № 2. С. 42–49. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-201902-05

Список источников

Denisov G.G. New trends in gyrotron development // EPJ Web Conf. 2017. V. 149. 01001. DOI:10.1051/epjconf/201714901001.
Khutoryan E.M., Idehara T., Kuleshov A.N., Tatematsu Y., Yamaguchi Y., Matsuki Y., Fujiwara T. Stabilization of Gyrotron Frequency by PID Feedback Control on the Acceleration Voltage // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2015. V. 36. № 12. P. 1157–1163. DOI:10.1007/s10762-015-0212-2.
Голубятников Г.Ю., Крупнов А.Ф., Лубяко Л.В., Лучинин А.Г., Павельев А.Б., Петелин М.И., Curto A.F. Прецизионное управление частотой гиротрона с помощью фазовой автоподстройки частоты // Письма в ЖТФ. 2006. V. 32. № 15. С. 13−17.
Glyavin M., Luchinin A., Morozkin M. The K a -band 10-kW continuous wave gyrotron with wide-band fast frequency sweep // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 7. 074706. DOI:10.1063/1.4738644.
Sabchevski S., Idehara T. Resonant Cavities for Frequency Tunable Gyrotrons // Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2008. V. 29. № 1. P. 1−22. DOI:10.1007/s10762-007-9297-6.
Fokin A., Glyavin M., Golubiatnikov G., Lubyako L., Morozkin M., Movschevich B., Tsvetkov A., Denisov G. High-power subterahertz source with a record frequency stability at up to 1 Hz // Scientific Reports. 2018. V. 8. P. 1−6. DOI:10.1038/s41598-01822772-1.
Бакунин В.Л., Денисов Г.Г., Новожилова Ю.В. Стабилизация частоты и фазы многомодового гиротрона мегаваттного уровня мощности внешним сигналом // Письма в ЖТФ. 2014. V. 40. № 9. С. 41−47.
Зотова И.В., Гинзбург Н.С., Денисов Г.Г., Розенталь Р.М., Сергеев А.С. Режимы захвата и стабилизации частоты генерации в мощных гиротронах с низкодобротными резонаторами // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2015. V. 58. № 9. С. 759−769.
Бакунин В.Л., Денисов Г.Г., Новожилова Ю.В., Фокин А.П. Влияние конкуренции мод на режим захвата частоты многомодового гиротрона внешним монохроматическим сигналом // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2016. V. 59. № 8−9. С. 709−720.
Antonsen T.M., Cai S.Y., Nusinovich G.S. Effect of window reflection on gyrotron operation // Phys. Fluids B. 1992. V. 4. № 12. P. 4131−4139. DOI:10.1063/1.860320.
Глявин М.Ю., Запевалов В.Е. Влияние отражений на устойчивость автоколебаний в гиротронах // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1998. V. 41. № 10. С. 1348−1357.
Гинзбург Н.С., Глявин М.Ю., Завольский Н.А., Запевалов В.Е., Моисеев М.А., Новожилова Ю.В. Использование отражения с запаздыванием для получения автомодуляционных и стохастических режимов генерации в гиротронах миллиметрового диапазона // Письма в ЖТФ. 1998. V. 24. № 11. С. 53−59.
Airila M.I., Kall P. Effect of Reflections on Nonstationary Gyrotron Oscillations // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2004. V. 52. № 2. P. 522−528. DOI:10.1109/TMTT.2003.821920.
Батанов Г.М., Колик Л.В., Новожилова Ю.В., Петелин М.И., Петров А.Е., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Харчев Н.К. Реакция гиротрона на слабое отражение волн от плазмы, промодулированное низкочастотными колебаниями // Журнал технической физики. 2001. Т. 71. № 5. С. 90−95.
Kharchev N., Cappa Á., Malakhov D., Martínez J., Konchekov E., Tolkachev A., Borzosekov V., Sarksyan K., Petelin M. Influence of Controlled Reflected Power on Gyrotron Performance // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2015. V. 36. № 12. P. 1145−1156. DOI:10.1007/s10762-015-0206-0.
Глявин М.Ю., Денисов Г.Г., Кулыгин М.Л., Мельникова М.М., Новожилова Ю.В., Рыскин Н.М. Стабилизация частоты гиротрона слабой отраженной волной // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2015. Т. 58. № 1. С. 747−758.
Melnikova M.M., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Tyshkun A.V., Glyavin M.Y., Novozhilova Y.V. Frequency Stabilization of a 0.67-THz Gyrotron by Self-Injection Locking // IEEE Trans. Electron Devices. 2016. V. 63. № 3. С. 1288−1293. DOI:10.1109/TED.2015.2512868.
Новожилова Ю.В., Денисов Г.Г., Глявин М.Ю., Рыскин Н.М., Бакунин В.Л., Богдашов А.А., Мельникова М.М., Фокин А.П. Стабилизация частоты гиротрона под влиянием внешнего монохроматического сигнала или отраженной от нагрузки волны: обзор // Известия ВУЗов. ПНД. 2017. Т. 25. № 1. С. 4−34.
Khutoryan E.M., Idehara T., Melnikova M.M., Ryskin N.M., Dumbrajs O. Influence of Reflections on Frequency Tunability and Mode Competition in the Second-Harmonic THz Gyrotron // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2017. V. 38. № 7. P. 824−837. DOI:10.1007/s10762-017-0378-x.
Glyavin M.Y., Ogawa I., Zotova I.V., Ginzburg N.S., Fokin A.P., Sergeev A.S., Rozental R.M., Tarakanov V.P., Bogdashov A.A., Krapivnitskaia T.O., Manuilov V.N., Idehara T. Frequency Stabilization in a Sub-Terahertz Gyrotron With Delayed Reflections of Output Radiation // IEEE Trans. Plasma Sci. 2018. V. 46. № 7. P. 2465−2469. DOI:10.1109/TPS.2018.2797480.
Bykov Y., Eremeev A., Glyavin M., Kholoptsev V., Luchinin A., Plotnikov I., Denisov G., Bogdashev A., Kalynova G., Semenov V., Zharova N. 24−84-GHz Gyrotron Systems for Technological Microwave Applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. № 1. P. 67−72. DOI:10.1109/TPS.2004.823904.
Chirkov A.V., Denisov G.G., Kuftin A.N. Perspective gyrotron with mode converter for co- and counter-rotation operating modes // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. 263501. DOI:10.1063/1.4923269.
Kane Yee. Numerical solution of initial boundary value problems involving maxwell’s equations in isotropic media // IEEE Trans. Antennas Propag. 1966. V. 14. P. 302−307. DOI:10.1109/TAP.1966.1138693.
Gedney S.D. An anisotropic perfectly matched layer-absorbing medium for the truncation of FDTD lattices // IEEE Trans. Antennas Propag. 1996. V. 44. P. 1630−1639. DOI:10.1109/8.546249.
Богдашов А.А., Глявин М.Ю., Розенталь Р.М., Фокин А.П., Тараканов В.П. Уменьшение ширины спектра излучения гиротрона при использовании внешних отражений //Письма в ЖТФ.2018.Т.44.5.С.87−94.DOI: 10.21883/PJTF.2018.05.45712.17032.

[1] Denisov G.G. New trends in gyrotron development // EPJ Web Conf. 2017. V. 149. 01001. DOI:10.1051/epjconf/201714901001.

[2] Khutoryan E.M., Idehara T., Kuleshov A.N., Tatematsu Y., Yamaguchi Y., Matsuki Y., Fujiwara T. Stabilization of Gyrotron Frequency by PID Feedback Control on the Acceleration Voltage // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2015. V. 36. № 12. P. 1157–1163. DOI:10.1007/s10762-015-0212-2.

[3] Голубятников Г.Ю., Крупнов А.Ф., Лубяко Л.В., Лучинин А.Г., Павельев А.Б., Петелин М.И., Curto A.F. Прецизионное управление частотой гиротрона с помощью фазовой автоподстройки частоты // Письма в ЖТФ. 2006. V. 32. № 15. С. 13−17.

[4] Glyavin M., Luchinin A., Morozkin M. The K a -band 10-kW continuous wave gyrotron with wide-band fast frequency sweep // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 7. 074706. DOI:10.1063/1.4738644.

[5] Sabchevski S., Idehara T. Resonant Cavities for Frequency Tunable Gyrotrons // Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2008. V. 29. № 1. P. 1−22. DOI:10.1007/s10762-007-9297-6.

[6] Fokin A., Glyavin M., Golubiatnikov G., Lubyako L., Morozkin M., Movschevich B., Tsvetkov A., Denisov G. High-power subterahertz source with a record frequency stability at up to 1 Hz // Scientific Reports. 2018. V. 8. P. 1−6. DOI:10.1038/s41598-01822772-1.

[7] Бакунин В.Л., Денисов Г.Г., Новожилова Ю.В. Стабилизация частоты и фазы многомодового гиротрона мегаваттного уровня мощности внешним сигналом // Письма в ЖТФ. 2014. V. 40. № 9. С. 41−47.

[8] Зотова И.В., Гинзбург Н.С., Денисов Г.Г., Розенталь Р.М., Сергеев А.С. Режимы захвата и стабилизации частоты генерации в мощных гиротронах с низкодобротными резонаторами // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2015. V. 58. № 9. С. 759−769.

[9] Бакунин В.Л., Денисов Г.Г., Новожилова Ю.В., Фокин А.П. Влияние конкуренции мод на режим захвата частоты многомодового гиротрона внешним монохроматическим сигналом // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2016. V. 59. № 8−9. С. 709−720.

[10] Antonsen T.M., Cai S.Y., Nusinovich G.S. Effect of window reflection on gyrotron operation // Phys. Fluids B. 1992. V. 4. № 12. P. 4131−4139. DOI:10.1063/1.860320.

[11] Глявин М.Ю., Запевалов В.Е. Влияние отражений на устойчивость автоколебаний в гиротронах // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1998. V. 41. № 10. С. 1348−1357.

[12] Гинзбург Н.С., Глявин М.Ю., Завольский Н.А., Запевалов В.Е., Моисеев М.А., Новожилова Ю.В. Использование отражения с запаздыванием для получения автомодуляционных и стохастических режимов генерации в гиротронах миллиметрового диапазона // Письма в ЖТФ. 1998. V. 24. № 11. С. 53−59.

[13] Airila M.I., Kall P. Effect of Reflections on Nonstationary Gyrotron Oscillations // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2004. V. 52. № 2. P. 522−528. DOI:10.1109/TMTT.2003.821920.

[14] Батанов Г.М., Колик Л.В., Новожилова Ю.В., Петелин М.И., Петров А.Е., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Харчев Н.К. Реакция гиротрона на слабое отражение волн от плазмы, промодулированное низкочастотными колебаниями // Журнал технической физики. 2001. Т. 71. № 5. С. 90−95.

[15] Kharchev N., Cappa Á., Malakhov D., Martínez J., Konchekov E., Tolkachev A., Borzosekov V., Sarksyan K., Petelin M. Influence of Controlled Reflected Power on Gyrotron Performance // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2015. V. 36. № 12. P. 1145−1156. DOI:10.1007/s10762-015-0206-0.

[16] Глявин М.Ю., Денисов Г.Г., Кулыгин М.Л., Мельникова М.М., Новожилова Ю.В., Рыскин Н.М. Стабилизация частоты гиротрона слабой отраженной волной // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2015. Т. 58. № 1. С. 747−758.

[17] Melnikova M.M., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Tyshkun A.V., Glyavin M.Y., Novozhilova Y.V. Frequency Stabilization of a 0.67-THz Gyrotron by Self-Injection Locking // IEEE Trans. Electron Devices. 2016. V. 63. № 3. С. 1288−1293. DOI:10.1109/TED.2015.2512868.

[18] Новожилова Ю.В., Денисов Г.Г., Глявин М.Ю., Рыскин Н.М., Бакунин В.Л., Богдашов А.А., Мельникова М.М., Фокин А.П. Стабилизация частоты гиротрона под влиянием внешнего монохроматического сигнала или отраженной от нагрузки волны: обзор // Известия ВУЗов. ПНД. 2017. Т. 25. № 1. С. 4−34.

[19] Khutoryan E.M., Idehara T., Melnikova M.M., Ryskin N.M., Dumbrajs O. Influence of Reflections on Frequency Tunability and Mode Competition in the Second-Harmonic THz Gyrotron // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2017. V. 38. № 7. P. 824−837. DOI:10.1007/s10762-017-0378-x.

[20] Glyavin M.Y., Ogawa I., Zotova I.V., Ginzburg N.S., Fokin A.P., Sergeev A.S., Rozental R.M., Tarakanov V.P., Bogdashov A.A., Krapivnitskaia T.O., Manuilov V.N., Idehara T. Frequency Stabilization in a Sub-Terahertz Gyrotron With Delayed Reflections of Output Radiation // IEEE Trans. Plasma Sci. 2018. V. 46. № 7. P. 2465−2469. DOI:10.1109/TPS.2018.2797480.

[21] Bykov Y., Eremeev A., Glyavin M., Kholoptsev V., Luchinin A., Plotnikov I., Denisov G., Bogdashev A., Kalynova G., Semenov V., Zharova N. 24−84-GHz Gyrotron Systems for Technological Microwave Applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. V. 32. № 1. P. 67−72. DOI:10.1109/TPS.2004.823904.

[22] Chirkov A.V., Denisov G.G., Kuftin A.N. Perspective gyrotron with mode converter for co- and counter-rotation operating modes // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. 263501. DOI:10.1063/1.4923269.

[23] Kane Yee. Numerical solution of initial boundary value problems involving maxwell’s equations in isotropic media // IEEE Trans. Antennas Propag. 1966. V. 14. P. 302−307. DOI:10.1109/TAP.1966.1138693.

[24] Gedney S.D. An anisotropic perfectly matched layer-absorbing medium for the truncation of FDTD lattices // IEEE Trans. Antennas Propag. 1996. V. 44. P. 1630−1639. DOI:10.1109/8.546249.

[25] Богдашов А.А., Глявин М.Ю., Розенталь Р.М., Фокин А.П., Тараканов В.П. Уменьшение ширины спектра излучения гиротрона при использовании внешних отражений //Письма в ЖТФ.2018.Т.44.5.С.87−94.DOI: 10.21883/PJTF.2018.05.45712.17032.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи