Для цитирования:
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, вып. 5. С. 35-46. DOI: 10.18500/0869-6632-2017-25-5-35-46
Исследование миниатюрного низковольтного генератора обратной волны миллиметрового диапазона с планарной замедляющей системой
Освоение терагерцевого диапазона частот является одной из приоритетных проблем современной вакуумной СВЧ-электроники. При создании подобных СВЧ-устройств для повышения мощности и КПД целесообразно использовать пространственно-развитые замедляющие системы (ЗС) и электронные пучки с большим поперечным сечением. Также при миниатюризации приборов принципиальным становится вопрос снижения ускоряющего напряжения. Перспективными в этом случае являются планарные ЗС на диэлектрических подложках. В данной работе проведены исследования низковольтного генератора миллиметрового диапазона на основе лампы обратной волны (ЛОВ) с ленточным электронным пучком и планарной встречно-штыревой ЗС на подложке из кварца. Расчеты электродинамических характеристик ЗС показали, что она обладает большим замедлением и достаточной широкой полосой частот: при относительно небольших значениях напряжения 1.0–3.5 kV обеспечивается перестройка частоты в диапазоне 60–75 GHz. Сопротивление связи, усредненное по сечению пучка 500×50 µm2, который располагается на расстоянии 50 µm от металлизированной поверхности ЗС, увеличивается с ростом частоты от 2 Ω до 40 Ω в рабочем диапазоне частот. Исходя из этих результатов, были получены необходимые для компьютерного моделирования параметры ЛОВ–генератора. Для компьютерного моделирования использовались известные уравнения одномерной нестационарной теории ЛОВ с учетом сил пространственного заряда и потерь в замедляющей системе. Были проведены расчеты самовозбуждения генератора, ЗС которого состояла из 50 периодов. Для данной ЗС стартовый ток составляет 10–30 mA, что соответствует плотности 50–100 A/cm2. При разумных значениях тока, не превышающих 50 mA, выходная мощность составляет 1–2 W. Исследованная в данной работе ЛОВ может быть использована в качестве генератора входного сигнала для усилителя на основе лампы бегущей волны с планарной ЗС.
- Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Sokolov D.V., Trubetskov D.I., Han S.T., Kim J.I., Park G.S. Novel concepts of vacuum microelectronic microwave devices with field emitter cathode arrays // Physics of Plasmas. 2002. Vol. 9, No. 9. P. 4020–4027.
- Ives R.L. Microfabrication of high-frequency vacuum electron devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, No.3. P. 1277–1291.
- Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Physics: Conf. Series. 2008. Vol. 114, No.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. Vol. 1, No.1. P. 54–75.
- 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. Т. 39, No 12. С. 2049–2058.
- Синицын Н.И., Гуляев Ю.В., Девятков Н.Д., Голант М.Б., Алексеенко А.М., Захарченко Ю.Ф., Торгашов Г.В. Возможности вакуумной микроэлектроники на пути к построению СВЧ вакуумных интегральных схем // Радиотехника. 1999. No 4. С. 8–17.
- Бенедик А.И., Рожнёв А.Г., Рыскин Н.М., Синицын Н.И., Торгашов Г.В., Шалаев П.Д. Разработка планарных замедляющих систем на диэлектрических подложках для приборов вакуумной микроэлектроники миллиметрового и субмиллиметрового диапазона // Радиотехника. 2016. No 7. С. 47–52.
- Benedik A.I., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Sinitsyn N.I., Torgashov G.V., Torga shov R.A. Planar V-band slow-wave structures for low-voltage tubes with sheet electron beam// Abstracts of the 18th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2017), London, United Kingdom 24–26 April 2017.
- Shen F., Wei Y.-Y., Xu X., Liu Y., Yin H.-R., Gong Y.-B., Wang W.-X. 140-GHz V-shaped microstrip meander-line traveling wave tube // J. Electromagnetic Waves and Applications. 2012. Vol. 26, No.1. P. 89–98.
- Sumathy M, Augustin D, Datta S.K., Christie L., Kumar L. Design and RF characterization of W-band meander-line and folded-waveguide slow-wave structures for TWTs // IEEE Trans. Electron Devices. 2013. Vol. 60, No.5. P. 1769–1775.
- Bai N., Shen M., Sun X. Investigation of microstrip meander-line traveling-wave tube using EBG ground plane // IEEE Trans. Electron Devices. 2015. Vol. 62, No.5. P. 1622–1627.
- Ulisse G., Krozer V. Investigation of a planar metamaterial slow wave structure for traveling wave tube applications // Abstracts of the 18th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2017), London, United Kingdom 24–26 April 2017.
- Shaomeng W., Aditya S. A microfabricated V-shaped microstrip meander-line slow-wave structure // Abstracts of the 18th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2017), London, United Kingdom 24–26 April 2017.
- Galdetskiy A., Rakova E. New slow wave structure for W-band TWT // Abstracts of the 18th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2017), London, United Kingdom 24–26 April 2017.
- Безручко Б.П., Булгакова Л.В., Кузнецов С.П., Трубецков Д.И. Экспериментальное и теоретическое исследование стохастических автоколебаний в лампе об- ратной волны // Лекции по электронике СВЧ и радиофизике (5-я зимняя школа-семинар инженеров). Кн. 5. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1980. С. 25–77.
- Кузнецов С.П. Нелинейная динамика лампы обратной волны: Автомодуляция, мультистабильность, контроль // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006. Т. 14, No 4. С. 3–35.
- Han S.T., Jang K.H., So J.K., Park G.S., Ryskin N.M. Enhancement of backward-wave interaction by external feedback // Phys. Plasmas. 2005. Vol. 12, No.8. 083103.
- 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. Vol. 64, No.5. P. 2390–2397.
- 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, No 1. С. 54–60.
- Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Журавлев С.Д., Навроцкий И.А., Сахаджи Г.В., Шумихин К.В. Исследование электронной пушки с компрессией ленточного потока для вакуумных усилителей терагерцевого диапазона // Радиотехника. 2016. No 7. С. 97–100.
- Рыскин Н.М., Титов В.Н. О сценарии перехода к хаосу в однопараметрической модели лампы обратной волны // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1998. Т. 6, No 1. С. 75–92.
- Рыскин Н.М., Титов В.Н. Исследование автомодуляционных режимов колебаний в релятивистской лампе обратной волны // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42, No 6. С. 566–572.
- 2158 просмотров