Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Торгашов Р. А., Рожнев А. Г., Рыскин Н. М. Исследование микрополосковых планарных замедляющих систем для приборов вакуумной микроэлектроники миллиметрового диапазона // Известия вузов. ПНД. 2025. Т. 33, вып. 5. С. 731-747. DOI: 10.18500/0869-6632-003191, EDN: HHZBIR

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF and_2025-5_torgashov_et-al_731-747.pdf
(загрузок: 0)
Полный текст в формате PDF(En):
Иконка PDF and_2025_5_torgashov_en.pdf
(загрузок: 9)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Новое в прикладной физике
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.385.6
DOI: 
10.18500/0869-6632-003191
EDN: 
HHZBIR

Исследование микрополосковых планарных замедляющих систем для приборов вакуумной микроэлектроники миллиметрового диапазона

Авторы: 
Торгашов Роман Антонович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Рожнев Андрей Георгиевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Рыскин Никита Михайлович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Аннотация: 

Целью данной работы является исследование электродинамических характеристик планарных замедляющих систем типа меандр на диэлектрической подложке для миниатюрных ламп бегущей волны миллиметрового диапазона с ленточными электронными пучками.

Методы. Основным методом является численное моделирование процессов распространения электромагнитных волн в указанных структурах с использованием современных конечно-элементных и конечно-разностных программных пакетов трехмерного полностью электромагнитного моделирования.

Результаты. Показано, что помимо основной замедленной волны в микрополосковой замедляющей системе существуют также быстрые объемные моды, которые могут препятствовать стабильной работе ЛБВ-усилителя. Проведена оптимизация геометрических параметров системы с целью подавления объемных мод в рабочем диапазоне частот. Особенностью указанных систем является также высокие значения коэффициента затухания для замедленных волн. Приведены результаты моделирования омических потерь с использованием различных численных методов, проведено их качественное и количественное сравнение.

Заключение. Подробно исследованы электродинамические характеристики миниатюрных планарных замедляющих систем типа микрополосковый меандр на диэлектрической подложке. Исследовано влияние пространственных параметров системы на частоты отсечки объемных и поверхностных мод. Приведены основные методы моделирования омических потерь. Показано, что моделирование омических потерь по теории возмущений и во временной области даёт заниженные значения омических потерь.

Ключевые слова: 
Вакуумная микроэлектроника
планарные замедляющие системы
лампа бегущей волны
дисперсионная характеристика
сопротивление связи
коэффициент затухания
численное моделирование электромагнитных волн
метод конечных элементов
Благодарности: 
Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РAН.
Список источников: 
  1. Gulyaev Y. V., Sinitsyn N. I. Super-miniaturization of low-power vacuum microwave devices // IEEE Trans. Electron Devices. 1989. Vol. 36, no. 11. P. 2742–2743. DOI: 10.1109/16.43782.
  2. Денисов Г. Г., Глявин М. Ю., Гинзбург Н. С., Зотова И. В., Песков Н. Ю., Савилов А. В., Рыскин Н. М. Вакуумная СВЧ-электроника: освоение терагерцового диапазона частот // В кн.: Терагерцовая фотоника и оптоэлектроника / Под ред. В. Я. Панченко. М.: РАН, 2024. 764 с.
  3. Potter B. R., Scott A. W., Tancredi J. J. High-power printed circuit traveling wave tubes // In: 1973 International Electron Devices Meeting. 1973, Washington, DC, USA. P. 521–524. DOI: 10.1109/IEDM.1973.188775.
  4. Гуляев Ю. В., Жбанов А. И., Захарченко Ю. Ф., Нефедов И. С., Синицын Н. И., Торгашов Г. В. Планарные замедляющие системы миниатюрных электровакуумных СВЧ приборов // Радиотехника и электроника. 1994. T. 39, № 12. С. 2049–2058.
  5. Ryskin N. M., Rozhnev A. G., Starodubov A. V., Serdobintsev A. A., Pavlov A. M., Benedik A. I., Torgashov R. A., Torgashov G. V., Sinitsyn N. I. Planar microstrip slow-wave structure for lowvoltage V-band traveling-wave tube with a sheet electron beam // IEEE Electron Device Letters. 2018. Vol. 39, no. 5. P. 757–760. DOI: 10.1109/LED.2018.2821770.
  6. Wang S., Aditya S., Xia X., Ali Z., Miao J. On-wafer microstrip meander-line slow-wave structure at Ka-band // IEEE Trans. Electron Devices. 2018. Vol. 65, no. 6. P. 2142–2148. DOI: 10.1109/TED.2018.2798575.
  7. Wang S., Aditya S., Xia X., Ali Z., Miao J., Zheng Y. -band symmetric V-shaped meander-line slow wave structure // IEEE Transactions on Plasma Science. 2019. Vol. 47, no. 10. P. 4650–4657. DOI: 10.1109/TPS.2019.2940254.
  8. Wang Z., Du F., Li S., Hu Q., Duan Z., Gong H., Gong Y., Feng J. Study on an X-band sheet beam meander-line SWS // IEEE Transactions on Plasma Science. 2020. Vol. 48, no. 12. P. 4149–4154. DOI: 10.1109/TPS.2020.3035411.
  9. Socuellamos J. M., Dionisio R., Letizia R., Paoloni C.  Experimental validation of phase velocity and interaction impedance of meander-line slow-wave structures for space traveling-wave tubes // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2021. Vol. 69, no. 4. P. 2148–2154. DOI: 10.1109/TMTT.2021.3054913.
  10.  Guo G., Zhang T., Zeng J., Yang Z., Yue L., Wei Y. Investigation and fabrication of the printed microstrip meander-line slow-wave structures for D-band traveling wave tubes // IEEE Trans. Electron Devices. 2022. Vol. 69, no. 9. P. 5229–5234. DOI: 10.1109/TED.2022.3192214.
  11.  Guo G., Jing Z., Qixiang Z., Tianzhong Z., Taifu Z., Pengyu L., HanBiao T., Yanyu W. Investigation and experiment of a novel chamfered V-shaped microstrip slow-wave structure for W-band traveling-wave tube // J. Infrared Milli. Terahz Waves. 2024. Vol. 45. P. 629–644. DOI: 10.1007/ s10762-024-00994-x.
  12.  Торгашов Р. А., Бенедик А. И., Рыскин Н. М. Исследование миниатюрного низковольтного генератора обратной волны миллиметрового диапазона с планарной замедляющей системой // Известия вузов. ПНД. 2017. Т. 25, № 5. С. 35–46. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-5-35-46.
  13.  Zhao C., Aditya S., Wang S. A novel coplanar slow-wave structure for millimeter-wave BWO applications // IEEE Trans. Electron Devices. 2021. Vol. 68, no. 4. P. 1924–1929. DOI: 10.1109/T ED.2021.3059435.
  14.  Ulisse G., Krozer V. -band traveling wave tube amplifier based on planar slow wave structure // IEEE Electron Device Letters 2017. Vol. 38, no. 1. P. 126–129. DOI: 10.1109/LED.2016.2627602.
  15.  Zhao C., Aditya S. Planar Slow-Wave Structures: Applications in Traveling-Wave Tubes. Institute of Physics Publishing, 2024. 326 p. DOI: 10.1088/978-0-7503-5764-7.
  16.  Gong Y., Wang S. Planar Slow Wave Structure Traveling Wave Tubes. Design, Fabrication and Experiment. Institute of Physics Publishing, 2024. 188 p. DOI: 10.1088/978-0-7503-5452-3.
  17.  Ryskin N. M., Torgashov R. A., Starodubov A. V., Rozhnev A. G., Serdobintsev A. A., Pavlov A. M., Galushka V. V., Bessonov D. A., Ulisse G., Krozer V. Development of microfabricated planar slow-wave structures on dielectric substrates for miniaturized millimeter-band traveling-wave tubes // J. Vac. Sci. Technol. B. 2021. Vol. 39, no. 1. P. 013214. DOI: 10.1116/6.0000716.
  18.  Торгашов Р. А., Стародубов А. В., Рожнев А. Г., Рыскин Н. M. Исследование и разработка ламп бегущей волны с планарными микрополосковыми замедляющими системами на диэлектрических подложках // Радиотехника и электроника. 2022. Т. 67, № 10. С. 981–986. DOI: 10.31857/S0033849422100138.
  19.  Nozhkin D. A., Starodubov A. V., Torgashov R. A., Galushka V. V., Kozhevnikov I. O., Serdobintsev A. A., Lebedev A. D., Kozyrev A. A., Ryskin N. M. Laser micromachining of 2-D microstrip V-band meander-line slow wave structures // IEEE Trans. Electron Devices. 2025. Vol. 72, no. 1. P. 453–458. DOI: 10.1109/TED.2024.3507759.
  20.  RF Module User’s Guide, COMSOL Multiphysics v. 5.6. 2020. Stockholm: COMSOL AB, 2020.
  21.  High Frequency Structure Simulator (HFSS). ANSYS Inc, Pittsburg, PA, USA [Electronic resource] // Available from: http://www.ansoft.com/products/hf/hfss/.
  22.  CST STUDIO SUITE [Electronic resource] // Available from: http://www.3ds.com/productsservices/simulia/products/cst-studio-suite.
  23.  Силин Р. А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. М.: Советское радио, 1966. 632 с.
  24.  Трубецков Д. И., Храмов А. Е. Лекции по СВЧ электронике для физиков. М.: Физматлит, 2003. Т. 1. 496 с.
  25.  Cutler C. C. Instability in hollow and strip electron beams // J. Appl. Phys. 1955. Vol. 27, no. 9. P. 1028–1029. DOI: 10.1063/1.1722535.
  26.  Nguyen K. T., Pasour J., 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. Vol. 56, No. 5. P. 744—752. DOI: 10.1109/TED.2009.2015420.
  27.  Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. 440 c.
  28.  Ильинский А. С., Слепян Г. Я. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. М.: Изд-во МГУ, 1983. 232 c.
  29.  Hammerstad E. O. Microstrip Handbook / ed. by Bekkadal F. Trondheim, Norway: Norwegian Inst. Technol, 1985. 118 p.
Поступила в редакцию: 
07.05.2025
Принята к публикации: 
09.07.2025
Опубликована онлайн: 
14.07.2025
Опубликована: 
30.09.2025
  • 903 просмотра