Для цитирования:
Ерёмка В. Д. Вакуумные источники электромагнитного излучения терагерцового интервала частот: зигзаги развития от клинотрона до клиноорбиктрона // Известия вузов. ПНД. 2013. Т. 21, вып. 1. С. 7-34. DOI: 10.18500/0869-6632-2013-21-1-7-34
Вакуумные источники электромагнитного излучения терагерцового интервала частот: зигзаги развития от клинотрона до клиноорбиктрона
Исследование и разработка эффективных источников электромагнитных колебаний является одной из актуальных задач терагерцовой радиофизики и электроники. Освоение терагерцового интервала частот находится в начальной стадии. В обзорной статье, опубликованной в научно-техническом журнале США [1], посвященной вакуумным источникам излучения терагерцового диапазона, впервые скромно упоминается о применении «клинотронного эффекта» в лампе обратной волны, созданной в ИРЭ НАН Украины. Целью данной статьи является краткое описание вклада в освоение терагерцового интервала частот, который внесли исследователи и разработчики генераторных устройств, предложенных и созданных в ИРЭ им. А.Я. Усикова НАН Украины в период с 1956 по 2011 годы, а также выражение чувства уважения и признательности кафедре электроники Саратовского университета им. Н.Г. Чернышевского в связи с её 60-летием. Выпускники кафедры внесли весомый вклад в развитие электроники СВЧ, в том числе в исследование «клинотронного эффекта». Представлены результаты исследования методами физического и математического эксперимента вакуумных источников когерентного ТГц-излучения с нерелятивистским наклонным к рабочей поверхности периодической структуры электронным потоком, их эволюционный путь развития от лампы обратной волны О-типа (ЛОВО)-клинотрона до клиноорбиктрона. Показана перспективность освоения терагерцового интервала частот с помощью схем вакуумных источников электромагнитного излучения с плавной перестройкой частоты выходного сигнала, в которых применяется «клинотронный эффект». Представленная информация расширяет знания о потенциальных возможностях вакуумных источников электромагнитного излучения терагерцового диапазона с наклонным ленточным электронным потоком. Исторические комментарии автора не лишены недостатков, так как отражают его познания и предубеждения.
- Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.-S., Park J., Temkin R.J. Vacuum electromagnetic high-power terahertz sources // IEE Trans. on Terahertz Science and Technology. September 2011. Vol. 1, No 1. P. 54.
- Калинин В.И. Генерирование дециметровых и сантиметровых волн (микрорадиоволн). М.: Связьиздат, 1948.
- Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. М.: Сов. радио, 1959.
- Шевчик В.Н. Основы электроники СВЧ. М.: Сов. радио, 1959.
- Шевчик В.Н., Шведов Г.Н., Соболева А.В. Волновые и колебательные явления в электронных потоках на сверхвысоких частотах. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1962.
- Шевчик В.Н. Взаимодействие электронных пучков с электромагнитными волнами. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1963.
- Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. Радио, 1970.
- Электронные приборы СВЧ / Под ред. В.Н. Шевчика и М.А. Григорьева. Саратов: СГУ, 1980.
- Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.; Ижевск: РХД, 2000.
- Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. Т. 2. М.: Физматлит, 2004.
- Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. Т. 1. М.: Физматлит, 2003.
- Методы нелинейной динамики и теории хаоса в задачах электроники сверхвысоких частот. Том 1. Стационарные процессы / Под редакцией А.А. Кураева и Д.И. Трубецкова. М.: Физматлит, 2009.
- Методы нелинейной динамики и теории хаоса в задачах электроники сверхвысоких частот. Том 2. Нестационарные и хаотические процессы / Под редакцией А.А. Короновского, Д.И. Трубецкова, А.Е. Храмова. М.: Физматлит, 2009.
- Кураев А.А. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками. Минск: Наука и техника, 1971.
- Кураев А.А., Ковалев И.С., Колосов С.В. Численные методы оптимизации в задачах электроники СВЧ. Минск: Наука и техника, 1975.
- Кураев А.А. Теория и оптимизация электронных приборов СВЧ. Минск: Наука и техника, 1979.
- Кураев А.А. Мощные приборы СВЧ: Методы анализа и оптимизации параметров. М.: Радио и связь, 1986.
- Кураев А.А., Байбурин В.Б., Ильин Е.М. Математическое моделирование и методы оптимального проектирования СВЧ приборов. Минск: Наука и техника, 1990.
- Кураев А.А., Попкова Т.Д., Синицын А.К. Электродинамика и распространение радиоволн. Минск: Бестпринт, 2004.
- Koch М. Terahertz technology: Quo vadis? // Photonik international, 2006. P. 14.
- Миллиметровые и субмиллиметровые волны / Под ред. Р.Г. Мириманова. М.: Изд-во иностр. лит., 1959.
- Manley J.M., Rowe H.F. General energy relations in nonlinear reactances // Proc. IRE. 1959. Vol. 47, No l2. P. 2115.
- Barnet L.R., Baird J.N., Grow R.W., and Holmes S.G. Submillimeter-wave BWO’s // IEEE Int. Electron Devices Meeting. San Francisco, CA. Technical Digest. 1985. P. 364.
- Woolard D., Kaul R., Sueniam R., Walker A.H., Globus T., and Samuela A. Terahertz electronics for chemical and biological warfare agent detection // IEEE MTT-S Dig. 1999. P. 925.
- Piesiewicz R., et al. THz channel characterization, for future wireless gigabit indoor communication systems // in Terahertz and Gigahertz Electronics and Photonics IV / R.J. Hu and K.J. Linden (eds) //Proceedings of SPIE. 2005. Vol. 5727. P. 166.
- Kompfner R. The invention on traveling-wave tube. San Francisco Press, 1964. 30 p.
- А.с. СССР No 172364 от 31.05.1948. Генераторное устройство микроволнового диапазона / М.Ф. Стельмах // Бюллетень изобретений и открытий. No 13. 1965.
- Альтшулер Ю.Г., Татаренко А.С. Лампы малой мощности с обратной волной. М.: Сов. радио, 1963.
- Электроника ламп с обратной волной / Под. ред. В.Н. Шевчика и Д.И. Трубецкова. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1975.
- Трубецков Д.И. Введение в СВЧ электронику. История и начальные сведения // Лекции по электронике СВЧ и радиофизике. 7-я зимняя школа-семинар инженеров. Саратов: Книга 3. Изд-во Саратовского университета, 1986.
- Стельмах М.Ф. К теории сдвоенного блока щелевых резонаторов // Радиотехника. 1953. No 8. С. 30.
- Стельмах М.Ф. О взаимодействии электронного потока с с полем пространственных гармоник // Радиотехника и электроника. 1957. Т. 2, No 4. С. 461.
- Тараненко З.И., Трохименко Я.К. Замедляющие структуры. Киев: «Техника», 1965.
- Силин Р.А., Сазонов А.Л. Замедляющие системы. М.: Сов. Радио, 1966.
- Guenard P., Doehler О., Epsztein В., Warnecke R. Nouveau tubes oscillateurs a large bande d’accord onique pour hyperfrequences // C.R. Acad. Sc. 1952. Vol. 235. P. 236.
- Гершензон Е.М., Голант М.Б., Негирев А.А., Савельев В.С. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / Под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Радио и связь, 1985. 136 с.
- Ives L., Kory С., Read М., et al. Development of terahertz backward wave oscillators // International Vacuum Electronics Conference (IVEC’2004). Conf. Dig. Monterey, CA, USA (27–29 April 2004). 2004. P. 68.
- Dayton J.A.Jr., Mearini G.T., Kory C.L. Diamond based submillimeter backward wave oscillator// International Vacuum Electronics Conference Digest. 1990. P. 341.
- Barnet L.R., Stankiewicz N., Dayton J.A.Jr. Submillimeter backward-wave oscillator // IEEE Int. Electron Devices Meeting. San Francisco, CA Technical (IVEC’2004) / Conf. Dig. Monterey, CA, USA (27–29 April 2004). 2004. P. 71.
- Отчет о НИР «Боксит» Разработка методов создания широкодиапазонных измерительных генераторов миллиметрового диапазона волн. Научный руководитель А.Я. Усиков. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР. 1957. 168 с.
- Мillтап S. A spatial harmonic travelling-wave amplifier for six millimeters wavelength //Proc. of the IRE. 1951. Vol. 39, No 9. P. 1035.
- Kompfner R. Backward-wave oscillator //Bell Lab. Rec. 1953. Vol. 31, No 8. P. 281.
- Kompfner R., Williams N.T. Backward-wave tubes// Proc. of the IRE. 1953. Vol. 41, No l I. P. 1602.
- Walker L.R. Starting current in the backward-wave oscillator//J. Appl. Phys. 1953. Vol. 24, No 7. P. 854.
- A.c. СССР No341113 от 17.12.1956. Лампа обратной волны / Г.Я Левин // Открытия, изобретения. 1972. No 25. С. 201.
- Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн / Под ред. А.Я. Усикова. Киев.: Наук. думка, 1986.
- Левин Г.Я., Бородкин А.И., Кириченко А.Я. и др. Клинотрон / Под ред. А.Я. Усикова. Киев: Наук. думка, 1992.
- Ефимов Б.П., Кириченко А.Я., Бужинский А.П. Экспериментальное исследование влияния отражений на частотные характеристики ЛОВ миллиметрового диапазона // Труды ИРЭ АН УССР. Харьков. 1967. Т. 15. С. 141.
- Yeryomka V.D., Belukha О.Ya., Kirichenko L.O. Low-resonance mm and submmwave BWO-klynotron // Proc. 13-th Int. Crimean conference «Microwave Telecommunication Technology» (CriMiCo’2003), Sevastopol, Ukraine, Weber, 2003. Vol. 1. P. 255.
- Кириченко А.Я., Ефимов Б.П. К вопросу о работе ЛОВ О-типа с нежесткосфокусированным электронным потоком в неоднородном магнитном поле // Труды ИРЭ АН УССР. Харьков. 1967. Т. 15. С. 130.
- Лысенко Е.Е., Пишко О.Ф., Чумак В.Т., Чурипова С.А. Состояние разработок клинотронов непрерывного действия // Успехи современной радиоэлектрон. Зарубежная радиоэлектрон. 2004, No 8. С. 3.
- Кириченко А.Я., Чурипова С.А. Клинотрон // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2004. 1.9., спец. вып. С. 68.
- Мильчо M.B., Ефимов Б.П., Завертанный В.В., Гончаров В.В. Особенности режимов работы генераторов типа клинотрон // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2005. Т. 10, No 3. С. 435.
- A.c. СССР No 555751 от 17.12.1956. Лампа обратной волны – клинотрон / В.Д. Ерёмка, А.Я. Кириченко, В.А. Солодовник // Открытия, изобретения. 1978. No 44. С. 227.
- Еремка В.Д., Кириченко А.Я., Солодовник В.А. О возбуждении косой гребенки электронным потоком // Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, No 10. С. 1580.
- Кириченко А.Я. Ортоклинотронный эффект // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2007. Т. 12, спец. вып. С. 59.
- Победоносцев А.С., Тагер А.С. Анализ взаимодействия электронного потока с электромагнитной волной в приближении «заданного поля» // Электроника. 1958, No 5. С. 117.
- . Конторович В.М., Малеев В.Я. Об устойчивости наклонного пучка с импедансной плоскостью // Труды Ин-та радиофизики и электрон. АН УССР. Харьков, 1961, Т. 9. С. 217.
- Конторович В.М. О волнах в наклонном пучке, заполняющем полупространство над замедляющей системой // Труды Ин-та радиофизики и электрон. АН УССР. Харьков. 1962, Т. 10. С. 143.
- Андрушкевич B.C., Козлов Г.А., Трубецков Д.И. К двумерной линейной теории СВЧ приборов О-типа // Изв. вузов. Радиофизика. 1967. Т. 10, No l. C. 105.
- Конторович В.М., Малеев В.Я. Взаимодействие наклонного электронного пучка с поверхностной волной (теория клинотрона) // Радиофизика и электроника, 2007, т. 12, специальный выпуск, посвященный 50-летию клинотрона. С. 22.
- Ваврив Д.М. Теория клинотрона // Радиофизика и электроника. 2007. Т. 12. Специальный выпуск, посвященный 50-летию клинотрона. С. 35.
- Андрушкевич В.С., Гамаюнов Ю.Г., Патрушева Е.В. Нелинейная теория клинотрона // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, No 3. С. 355.
- Мильчо M.B. Взаимодействие электронов с поперечной и продольной составляющими высокочастотного поля в генераторах типа клинотрон // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2007. Т. 12, специальный выпуск, посвященный 50-летию клинотрона. С. 59.
- А.с. 50354. СССР. М.кл. H01J 25/10. Умножительный клинотрон миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / В.Д. Еремка, Л.А. Поспелов, А.Я. Кириченко // Открытия, изобретения. 1970. No 4.
- А.с. 59810. СССР М.ПК. H01J 25/10. Умножительный клинооротрон миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / В.Д. Еремка, Л.А. Поспелов, А.Я. Кириченко //Открытия. Изобретения. 1971. No 46.
- Еремка В.Д. Умножители частоты с наклонным электронным потоком // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. 2007. Т. 12. Специальный выпуск, посвященный 50-летию клинотрона. С. 81.
- Yeryomka V.D. Frequency multipliers with inclined electron flow // Proc. 17-th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’ 2007). Sevastopol, Ukraine. Weber, 2007. Vol. 1. P. 151.
- А.с. СССР No195557 от 16.02.1965. Электронный прибор для генерации и усиления колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / Ф.С. Русин, Г.Д. Богомолов // Открытия, изобретения, 1967, No 10.
- Smith S.J. and Purcell E.M. Visible light from localized surface charges moving acrоss a gratting // Phys. Rev. 1953. Vol. 92, No 4. P. 1069.
- Русин Ф.С., Богомолов Г.Д. Оротрон – электронный прибор с открытым резонатором и отражающей решеткой // Изв. вузов. «Радиофизика». 1968, Т. 11. No 5. С. 756.
- Богомолов Г.Д., Бородкин А.И., Кущ B.C., и др. О возбуждении гребенки в открытом резонаторе в режиме оротрона и режиме ЛОВ // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1970. No 1. С. 97.
- А.с. СССР No 334605 от 03.04.1970. Генератор дифракционного излучения / Балаклицкий И.М., Курин В.Г., Скрынник Б.К., Третьяков О.А., Шестопалов В.П. // Открытия, изобретения. 1972. Бюллетень No 12.
- Балаклицкий И.М., Скрынник Б.К., Третьяков О.А., Шестопалов В.П. Генератор дифракционного излучения воли миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов //Украинский физический журнал. 1969. Т. 14, No 4. С. 539.
- Балаклицкий И.М., Курин В.Т., Скрынник Б.К. О работе ГДИ в режиме ЛОВ /Укр. физ. журн. 1970. Т. 15, No 5. С. 717.
- Шестопалов В.П. Дифракционная электроника. Х.: «Вища школа». Изд-во Харьк. ун-та, 1976.
- Корнеенков В.К., Мирошниченко В.С., Скрынник Б.К. Генераторы дифракционного излучения непрерывного и импульсного действия // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины. 1998. Т. 3, No 1. С. 67.
- Wortman D.E., Leavitt R.P. The Orotron // In «Infrared and millimeter waves, 1983, vol. 7, Sources and Radiation» (K.J. Button, ed.), p. 322. Academic Press, New York.
- Mizuno K., Ono S., Shibata Y. Two different mode interaction in an electron tube with a Fabry–Perot resonator – the ledatron // IEEE Trans. Electron Devices. 1973. ED-20, No 8. P. 749.
- Mizuno K. and Ono S. The Ledatron // In «Infrared and millimeter waves. 1979, vol. 1, Sources and Radiation» (K.J. Button, ed.), p. 213. Academic Press, New York.
- Вайнштейн Л.А., Исаев В.А., Трубецков Д.И. Электронный генератор с открытым резонатором // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, No 7. С. 1233.
- Цейтлин М.Б., Мясин Е.А. Оротрон. Анализ эффективных режимов // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. No 6. С. 961.
- Мороз Е.Е., Сорока А.С., Третьяков О.А., Шматько А.А. Резонатор с двойной решеткой как колебательная система автогенератора // Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, No 11. С. 2301.
- A.c. СССР No 669963 от. 15.12.1976. Генератор дифракционного излучения / В.Д. Еремка, В.К Корнеенков. Б.К. Скрынник, В.П. Шестопалов // Открытия, изобретения. 1979. No 9. С. 47.
- Еремка В.Д., Кравченко В.Ф., Кураев А.А., Пустовойт B.C., Синицын А.К. Атомарные функции в задаче оптимизации по КПД двухпучкового оротрона с нерегулярной сдвоенной гребенкой // Зарубежная радиоэлектрон. Успехи со- временной радиоэлектрон. 2000. No 3. С. 58.
- Гуляев Ю.В., Кураев А.А., Нефедов Е.И. и др. К задаче оптимизации коаксиального оротрона // Докл. АН СССР. 1981. Т. 257, No 2. С. 349.
- Yeryomka V.D., Kurayev A.A., Sinitsyn A.K. Phase velocity optimization millimeterwavelength orotron with tilted electron beam // Telecommunications and Radio Engineering. 2008. Vol. 67, No 9. Р. 383.
- Патент Украины No 89882 от 10.03.2010. Коаксиальный оротрон / В.Д. Еремка, А.А. Кураев, А.Л. Синицын // Бюллетень, 2010, No 6.
- Кураев А.А., Синицын А.К. Исследование автофазного режима в релятивистском оротроне // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, No 11. С. 2427.
- Кравченко В.Ф., Рвачев В.А., Рвачев В.Л. Математические методы обработки сигналов на основе атомарных функций // Радиотехника и электроника. 1995.Т. 40, No 9. С. 1385.
- Батура М.П., Кураев А.А., Синицын А.К. Основы теории и оптимизации современных электронных приборов СВЧ. Минск: БГУИР, 2007.
- Патент Украины No 72435 от 09.11.2011. Орбиктрон – генератор дифракционного излучения / В.Д. Еремка, В.С. Мирошниченко, Ю.М. Демченко // Бюллетень 2012, No 16.
- Открытый резонатор с прямоугольной канавкой на зеркале, теория и эксперимент / М.Ю. Демченко, В.К. Корнеенков, В.С. Мирошниченко, А.Е. Поединчук, Ю.А. Тучкин, Ю.В. Свищев // Радиофизика и электроника. Сб. трудов ИРЭ НАН Украины. 2000. Т. 5. No 3. С. 19.
- Yeryomka V.D., Gurevich A.V., Kurayev А.А., Sinitsyn А.К. Klinoorbictron – Terahertz Range Oscillator // 12-th Int. Vacuum Electronics Conference (IVEC’2011). February 21–24, 2011, Bangalore, India. Conf Dig. P. 253.
- Гуревич A.B., Еремка В.Д., Кураев А.А., Синицын А.К. Двухкаскадный орботрон – усилитель и умножитель частоты //Успехи современной радиоэлектроники. 2007. No 10. С. 64.
- Безбородов В.И., Киселев В.К., Кулешов Е.М., Яновский М.С. Квазиоптические измерительные устройства ближнего миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн на основе металлодиэлектрического волновода квадратного сечения // Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2007. Том 12, No 3. С. 589.
- 2150 просмотров