РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

Представлены результаты электродинамического моделирования фотонно-кристаллического резонатора для диодного генератора с автоэмиссионным катодом при помощи современных программных пакетов расчета СВЧ-структур. Резонатор образован удалением центрального элемента в периодической двумерной фотонно-кристаллической решетке из диэлектрических стерженьков. Снаружи фотонно-кристаллическая структура окружена металлическим экраном, на торцевых стенках которого в центре дефекта расположены катод и анод. Результаты моделирования показали, что добротность резонатора, в первую очередь, определяется омическими потерями в анодной и катодной пластинах металлического экрана. Путем вариации конструкции вывода ВЧ-энергии можно менять нагруженную добротность резонатора в широких пределах, что позволяет оптимизировать выходную мощность и КПД генератора.

 

Литература

1. Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Phys.: Conf. Series. 2008. Vol. 114. No 1. 012015.

2. Ives R.L. Microfabrication of high-frequency vacuum electron devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, No 3. P. 1277.

3. 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. Vol. 1, No 1. P. 54.

4. Sirigiri J.R., Kreischer K.E., Machuzak J., Mastovsky I., Shapiro M.A., Temkin R.J. Photonic-band-gap resonator gyrotron // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86, No 24. P. 5628.

5. Ashutosh, Jain P.K. Design and analysis of metallic photonic band gap cavity for a gyrotron // Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. 2012. Vol. 11, No 2. P. 242.

6. Singh A., Jain P.K. Multimode analysis and PIC simulation of a metal PBG cavity gyrotron oscillator // Progress in Electromagnetics Research M. 2014. Vol. 39. P. 11.

7. Joo Y.-D., Park G.-S., Kim D.-H., Kim J.-I., Jeon S.-G., Han S.-T., Jung S.-S., Kim J.-U. Design of a third-harmonic gyrotron oscillator using a photonic crystal cavity // Japanese Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 48. 074502

8. Nanni E., Lewis S., Shapiro M., Temkin R. A high gain photonic band gap gyrotron amplifier // Proc. 14th IEEE International Vacuum Electronics Conference. 21–23 May 2013, Paris, France.

9. Han S.-T., Jeon S.-G., Shin Y.-M., Jang K.-H., So J.-K., Kim J.-H., Chang S.-S., Park G.-S. Experimental investigations on miniaturized high-frequency vacuum electron devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2005. Vol. 33, No 2. P. 679.

10. Jeon S.-G., Shin Y.-M., Jang K.-H., Han S.-T., So J.-K., Joo Y.-D., Park G.-S. High order mode formation of externally coupled hybrid photonic-band-gap cavity // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 90, No 2. 021112.

11. Jang K.-H., Jeon S.-G., Kim J.-I., Won J.-H., So J.-K., Bak S.-H., Srivastava A., Jung S.-S., Park G.-S. High order mode oscillation in a terahertz photonic-band-gap multibeam reflex klystron // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93, No 21. 211104.

12. Liu X., Lei H., Yu T., Feng J., Liao F. Characteristics of terahertz slow-wave system with two-dimensional photonic band-gap structure // Optics Communications. 2008. Vol. 281, No 1. P. 102.

13. Gong Y., Yin H., Wei Y., Yue L., Deng M., Lu Zh., Xu X., Wang W., Liu P., Liao F. Study of traveling wave tube with folded-waveguide circuit shielded by photonic crystals // IEEE Trans. Electron Devices. 2010. Vol. 57. No 5. P. 1137.

14. Shapiro M.A., Brown W.J., Mastovsky I., Sirigiri J.R., Temkin R.J. 17 GHz photonic band gap cavity with improved input coupling // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2001. Vol. 4. 042001.

15. Smirnova E.I., Kesar A.S., Mastovsky I., Shapiro M.A., Temkin R.J. Demonstration of a 17-GHz, high-gradient accelerator with a photonic-band-gap structure // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95, No 7. 074801.

16. Han S.-T. A high-frequency monotron employing two-dimensional, dielectric photonic-crystal, diode resonator // 35th Int. Conf. Infrared Millim. Terahertz Waves (IRMMW-THz). Rome, Italy, 2010.

17. Han S.-T. Numerical study on radio-frequency field emission from carbon nanotube film in a photonic crystal diode resonator // J. Korean Phys. Soc. 2011. Vol. 59, No 1. P. 141.

18. Бенедик А.И. Численное моделирование генератора на основе диода с авто-эмиссионным катодом и фотонно-кристаллическим резонатором // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, No 2. С. 63.

19. Benedik A.I., Ryskin N.M., Han S.T. Theory and simulation of field emission diode oscillators // Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20. No 8. 083117.

20. Johnson S.G., Joannopoulos J.D. Block-iterative frequency domain methods for Maxwell’s equations in a planewave basis // Optics Express. 2001. Vol. 8, No 3. P. 173.

21. Oskooi A.F., Roundy D., Ibanescu M., Bermel P., Joannopoulos J.D., Johnson S.G. MEEP: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method // Computer Physics Communications. 2010. Vol. 181. P. 687–702.

22. High Frequency Structure Simulator (HFSS) of ANSYS. [Online]. Available: http://www.ansoft.com/products/hf/hfss/

Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):