Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Образец 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: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2017-25-5-35-46

Опубликована онлайн: 
31.10.2017
Язык публикации: 
русский

Исследование миниатюрного низковольтного генератора обратной волны миллиметрового диапазона с планарной замедляющей системой

Авторы: 
Торгашов Роман Антонович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Бенедик Андрей Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Рыскин Никита Михайлович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН (СФ ИРЭ)
Аннотация: 

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 ?m2, который располагается на расстоянии 50 ?m от металлизированной поверхности ЗС, увеличивается с ростом частоты от 2 ? до 40 ? 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.   Скачать полную версию  

DOI: 
10.18500/0869-6632-2017-25-5-35-46
Библиографический список: 

1. 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. 2. Ives R.L. Microfabrication of high-frequency vacuum electron devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32, No.3. P. 1277–1291. 3. Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Physics: Conf. Series. 2008. Vol. 114, No.1. 012015. 4. 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. 5. 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. 6. 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. 7. 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. 8. 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. 9. 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. 10. 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. 11. 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. 12. 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. 13. 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. 14. 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. 15. 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. 16. Кузнецов С.П. Нелинейная динамика лампы обратной волны: Автомодуляция, мультистабильность, контроль // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2006. Т. 14, No 4. С. 3–35. 17. 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. 18. 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. 19. 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. 20. 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. 21. 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. 22. 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.

Краткое содержание: