Моделирование лампы бегущей волны субтерагерцевого диапазона со сходящимся ленточным электронным пучком

А.А. Бурцев; А.В. Данилушкин; И.А. Навроцкий; А.Э. Плоских; Н.М. Рыскин

doi:10.18127/j00338486-201809-02

Моделирование лампы бегущей волны субтерагерцевого диапазона со сходящимся ленточным электронным пучком

А.А. Бурцев¹, А.В. Данилушкин², И.А. Навроцкий³, А.Э. Плоских⁴, Н.М. Рыскин⁵

научная статья УДК 621.385.6 Страницы: 8-13 doi.org/10.18127/j00338486-201809-02

¹ к.т.н., начальник лаборатории, АО «НПП «Алмаз» (г. Саратов); ст. науч. сотрудник, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН
² инженер, АО «НПП «Алмаз» (г. Саратов)
³ науч. сотрудник, АО «НПП «Алмаз» (г. Саратов)
⁴ студент, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского; стажер-исследователь, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН
⁵ д.ф.-м.н., профессор, зав. лабораторией, Саратовский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН; профессор, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Ключевые слова: терагерцевый диапазон лампа бегущей волны ленточный электронный пучок замедляющая система электронно-оптическая система компьютерное моделирование

Аннотация

Представлены результаты исследований, направленных на создание миниатюрной лампы бегущей волны (ЛБВ) c ленточным электронным пучком и замедляющей системой типа сдвоенной гребенки. Разработана конструкция электронно-оптической системы (ЭОС), формирующей сходящийся пучок с 10-кратной компрессией в вертикальном направлении. Отмечено, что использование ЭОС с компрессией позволяет уменьшить плотность тока на катоде и фокусирующее магнитное поле по сравнению с прямоточной ЭОС, погруженной в магнитное поле. Показано, что при этом также уменьшается высота пролетного канала, что приводит к увеличению сопротивления связи и, соответственно, коэффициента усиления. Проведены расчеты усиления ЛБВ в линейном и нелинейном режимах, из которых следует, что при токе пучка 100 мА коэффициент усиления может превышать 30 дБ в полосе частот около 20 ГГц, а выходная мощность в режиме насыщения составляет более 80 Вт.

Для цитирования

Бурцев А.А., Данилушкин А.В., Навроцкий И.А., Плоских А.Э., Рыскин Н.М. Моделирование лампы бегущей волны субтерагерцевого диапазона со сходящимся ленточным электронным пучком // Радиотехника. 2018. № 9. С. 8–13. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-201809-02

Список источников

Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Physics: Conf. Series. 2008. V. 114. № 1. 012015.
Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.S., Park J.H., Temkin R.J. Vacuum electronic high power terahertz sources // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1. № 1. P. 54−75.
Dhillon S.S., Vitiello M.S., Linfield E.H., Davies A.G., et al. The 2017 terahertz science and technology roadmap // J. Phys. D, Appl. Phys. 2017. V. 50. № 4. 043001.
Baig A., Gamzina D., Kimura T., Atkinson J., et al. Performance of a nano-CNC machined 220-GHz traveling wave tube amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2017. V. 64. № 5. P. 2390−2397.
Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Каретникова Т.А., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Исследование характеристик замедляющей системы лампы бегущей волны миллиметрового диапазона с ленточным электронным пучком // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2013. Т. 56. № 8−9. С. 601−613.
Каретникова Т.А., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Торгашов И.Г., Синицын Н.И. Вопросы разработки усилителей и генераторов О-типа субтерагерцевого диапазона частот // Радиотехника. 2014. № 10. С. 46−51.
Ryskin N.M., Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Torgashov G.V., Bushuev N.A., Shalaev P.D. Development and modeling of a sheetbeam sub-THz traveling wave tube // Proceedings of 2015 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2015), Beijing. China. DOI: 10.1109/IVEC.2015.7223784.
Каретникова Т.А., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., 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.
Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Fedotov A.E., Mishakin S.V., Ginzburg N.S. Gain analysis of a 0.2-THz traveling-wave tube with sheet electron beam and staggered grating slow wave structure // IEEE Trans. Electron Devices. 2018. V. 65. № 6. P. 2129−2134.
Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Данилушкин А.В., Навроцкий И.А., Павлов А.А., Шумихин К.В. Особенности разработки электронно-оптических систем для импульсных терагерцовых ламп бегущей волны (Обзор) // ЖТФ. 2018. Т. 88. № 3. С. 464−471.
Невский П.В. Теория В.Т. Овчарова и примеры ее использования при расчете электронно-оптических систем электровакуумных приборов // Обзоры по электронной техники. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. № 15. 48 с.
Гамаюнов Ю.Г., Патрушева Е.В., Григорьев Ю.А., Бурцев А.А. Метод синтеза формирования сходящихся ленточных электронных пучков // Радиотехника. 2016. № 7. С. 38−40.
Гамаюнов Ю.Г., Патрушева Е.В. Синтез систем формирования сходящихся ленточных электронных пучков при частичной магнитной экранировке катода // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 11. С. 1126−1132.
Nguyen K.T., Pasour J.A., Antonsen T.M., Larsen P.B., Petillo J.J., Levush B. Intense sheet electron beam transport in a uniform solenoidal magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2009. V. 56. № 5. P. 744−752.
Ruan C.J., Wang S.Z., Han Y., Li Q.S., Yang X.D. Theoretical and experimental investigation on intense sheet electron beam transport with its diocotron instability in a uniform magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2014. V. 61. № 6. P. 1643−1650.
https://www.integratedsoft.com/Products/lorentz.aspx.
Кац А.М., Ильина Е.М., Манькин И.А. Нелинейные явления в СВЧ приборах О-типа с длительным взаимодействием. М.: Сов. радио. 1975. 296 с.

[1] Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Physics: Conf. Series. 2008. V. 114. № 1. 012015.

[2] Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.S., Park J.H., Temkin R.J. Vacuum electronic high power terahertz sources // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1. № 1. P. 54−75.

[3] Dhillon S.S., Vitiello M.S., Linfield E.H., Davies A.G., et al. The 2017 terahertz science and technology roadmap // J. Phys. D, Appl. Phys. 2017. V. 50. № 4. 043001.

[4] Baig A., Gamzina D., Kimura T., Atkinson J., et al. Performance of a nano-CNC machined 220-GHz traveling wave tube amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2017. V. 64. № 5. P. 2390−2397.

[5] Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Каретникова Т.А., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Исследование характеристик замедляющей системы лампы бегущей волны миллиметрового диапазона с ленточным электронным пучком // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2013. Т. 56. № 8−9. С. 601−613.

[6] Каретникова Т.А., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Торгашов И.Г., Синицын Н.И. Вопросы разработки усилителей и генераторов О-типа субтерагерцевого диапазона частот // Радиотехника. 2014. № 10. С. 46−51.

[7] Ryskin N.M., Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Torgashov G.V., Bushuev N.A., Shalaev P.D. Development and modeling of a sheetbeam sub-THz traveling wave tube // Proceedings of 2015 IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2015), Beijing. China. DOI: 10.1109/IVEC.2015.7223784.

[8] Каретникова Т.А., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., 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.

[9] Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Fedotov A.E., Mishakin S.V., Ginzburg N.S. Gain analysis of a 0.2-THz traveling-wave tube with sheet electron beam and staggered grating slow wave structure // IEEE Trans. Electron Devices. 2018. V. 65. № 6. P. 2129−2134.

[10] Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Данилушкин А.В., Навроцкий И.А., Павлов А.А., Шумихин К.В. Особенности разработки электронно-оптических систем для импульсных терагерцовых ламп бегущей волны (Обзор) // ЖТФ. 2018. Т. 88. № 3. С. 464−471.

[11] Невский П.В. Теория В.Т. Овчарова и примеры ее использования при расчете электронно-оптических систем электровакуумных приборов // Обзоры по электронной техники. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1989. № 15. 48 с.

[12] Гамаюнов Ю.Г., Патрушева Е.В., Григорьев Ю.А., Бурцев А.А. Метод синтеза формирования сходящихся ленточных электронных пучков // Радиотехника. 2016. № 7. С. 38−40.

[13] Гамаюнов Ю.Г., Патрушева Е.В. Синтез систем формирования сходящихся ленточных электронных пучков при частичной магнитной экранировке катода // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 11. С. 1126−1132.

[14] Nguyen K.T., Pasour J.A., Antonsen T.M., Larsen P.B., Petillo J.J., Levush B. Intense sheet electron beam transport in a uniform solenoidal magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2009. V. 56. № 5. P. 744−752.

[15] Ruan C.J., Wang S.Z., Han Y., Li Q.S., Yang X.D. Theoretical and experimental investigation on intense sheet electron beam transport with its diocotron instability in a uniform magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2014. V. 61. № 6. P. 1643−1650.

[16] https://www.integratedsoft.com/Products/lorentz.aspx.

[17] Кац А.М., Ильина Е.М., Манькин И.А. Нелинейные явления в СВЧ приборах О-типа с длительным взаимодействием. М.: Сов. радио. 1975. 296 с.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи