Аксенчік А В, Кураєв А А Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки вул П Бровки 6, м Мінськ, 220027, Білорусь тел: 017-2938498, e-mail: kurayev@bsuirunibelby

Анотація – Представлені генератори для міліметрового і субміліметрового діапазону довжин хвиль з використанням клістрон механізмів взаємодії Показано, що розрахунковий електронний ККД орботронов- клистронов на частотах 50 .. 300 ГГц складає 16 .. 54% Вихідна потужність клистронов-умножителей частоти досягає 2,6 .. 39 Вт на частотах 500 .. 2000ГГц

I                                       Введення

в опублікованих раніше роботах [1-2] розглядався один із шляхів створення стабільних генераторів НВЧ коливань малої потужності на частотах понад 100 ГГц на основі орботронов-клистронов з відкритими резонаторами (ОР) В [1] зазначено, що многопучковие орботрони-клістрони є перспективними для створення на їх основі умножителей частоти На рис 1 наведена схема помножувача частоти на основі многопучкового орботрона-клистрона

7

Рис 1 Схема приладу Fig 1 Device scheme

Тут: 1 – фокусирующее дзеркало ОР 2 – плоске дзеркало ОР 3 – розподіл поля робочої моди на плоскому дзеркалі (воно близьке до гауссових) 4 – електронні гармати, формують стрічковий електронний потік (ЕП), що має ширину Αί (нормально до креслення), що значно перевершує довжину хвилі Я, 5 – щілини звязку з обємним полем резонатора, одночасно це ВЧ зазори многопучкового кпістрона 6 – центральний колектор з водяним охолодженням 7 – здвоєні фокусують дзеркала ЗР на па> 8 – плоске відбиває дзеркало ЗР на па> 9 – розподіл поля цього ЗР на плоскому дзеркалі 10 – щілина звязку з ЕП на частоті πω, збудлива ОР

Верхня частина конструкції відповідає описаному в [1] орботрону-кпістрону Частота генерації цього клистрона – а> При спеціальному виборі нелінійного режиму на виході кпістрона можна сформувати фазові електронні згустки так, що в їх послідовності утворюється складова пСй з високою амплітудою густини струму електронного потоку Нижня частина креслення зображує секцію відбору енергії на частоті πω

II                              Основна частина

Математична модель У розрахунках використовувалася нелінійна модель дискретного взаємодії, наведена в [2, 3] У моделі використовуються релятивістські рівняння руху в системі t, toB одновимірному наближенні Для моделювання електронного потоку застосовується метод великих часток Напруги на щілинах розподілені по нормальному закону, з центром розподілу на останній щілини Для розрахунків задаємо напругу на 1-й щілини Ui і напруга на останній щілини і . Тоді напруга на к-ой щілини розраховуємо за формулою:

де Хк – відстань між центрами 1-ої та к-ой щілинами

Результати розрахунків Проведено розрахунки умножителей частоти, призначених для роботи на різних частотах Для приладів, що працюють на основних частотах 50 .. 300ГГц, (варіанти В1, В2, ВЗ, В4 в табл 1, 2) задані: радіус трубки дрейфу R = 0,01 см, радіус променя г = 0,005 см, довжина щілини d = 0,01 см У таблиці 1 наведені параметри приладів, що працюють на основній частоті / = ω 12π \ / О – прискорює напруга пучка електронів Ь – струм електронного пучка – Електронний ККД Nsi-кількість щілин, Nb – кількість електронних променів

Таблиця 1

Table 1

Vari

ant

f

[GHz]

Vo

[КВ]

Ιο

fAl

л

Ns,

Nb

Β1

50

3

03

054

7

30

В2

100

3

01

037

7

30

ВЗ

200

3

01

011

7

30

В4

300

3

01

016

5

30

Таблиця 2 Table 2

Vari

ant

Qi

Pi

[Wt]

n

Qoul

P out

[Wt]

B1

54

204

10

2817

39

B2

600

46

10

3850

72

B3

1260

18

10

15270

15

B4

4410

34

3

17340

26

У таблиці 2 наведені параметри помножувача частоти: Qi – навантажена добротність основного резонатора, Ρι – вихідна потужність на основній частоті, η – номер гармоніки помножувача частоти, Qout – навантажена добротність резонатора, налаштованого на частоту nf, Pout – вихідна потужність на частоті nf

Показано, що многопучковие орботрони-кпістрони можуть ефективно використовуватися в помножувачах частоти в якості генераторів стабільних СВЧ коливань малої потужності в діапазоні

300 . 2000 ГГц

IV                           Список літератури

[1] Аксенчік А В, Кураєв А А, Еремка В Д Моделювання орботронов-клистронов – генераторів міліметрового і субміліметрового діапазону довжин хвиль / / Матеріали 15-ої Міжнародної Кримської мікрохвильової конференції КриМіКо, 12-16 верес 2005, -2005 -С 252-253

[2] АксенчікА В, Кураєв А А Многопучковие орботрони-клістрони / / ЕВ і ЕС, -2005 -Т10 – № 4 -С45-49

[3] Аксенчік А В, Кураєв А А Потужні прилади НВЧ з дискретним взаємодією (теорія і оптимізація) – Мн: Вестпрінт, 2003 – 376 с

GENERATORS-FREQUENCY MULTIPLIERS FOR MILLIMETER AND SUBMILLIMETER WAVELENGTHS RANGE

Aksenchyk A V, Kurayev A A

Byelarusian State University of Informatics and Radioeiectronics 6, P Brovky Str, Minsk, 220027, Republic Byeiarus Ph: 017-2938498, e-mail: kurayev@bsuirunlbelby

Abstract – Generators for a millimeter and sub-millimeter wavelengths range with the use of klystrons principle of interaction are presented It is shown, that the calculated electron efficiency of orbotron-klystrons on frequencies 50 .. 300 GHz reaches up to 16 .. 54 % Output power of klystron-frequency multipliers reaches 26 .. 39W on frequencies of 500 .. 2000 GHz

One way to create stable microwave generators of low power on frequencies more than 100 GHz on the basis of or- botrons-klystrons with the open resonators (OR) was considered in the papers [1-3] In [1] it is specified, that multibeam or- botron-klystrons is perspective for creation frequency multipliers The scheme of a frequency multiplier on the basis of multibeam orbotrons-klystrons is represented on Fig 1

II                                         Main part

Mathematical model In calculations the nonlinear model of discrete interaction developed in [2,3] was used In model the relativistic equations for electron movement in system t, foin one-dimensional approximation are used The method of large particles for modeling an electron beam is applied The voltage on slots is distributed under the normal law The centre value of distribution is on the last slot For calculations we set a voltage on the 1 slot Ui and a voltage on the last slot і .

Calculations of generator-multipliers of frequency for work to various frequencies are carried out For devices working on the basic frequencies 50 .. 300 GHz are given in table 1, 2, where: drift tube radius R = 001 cm, beam radius r = 0005 cm, slot length d = 001 cm In table 1 the following parameters of the devices working on the basic frequency are given: / = ω 12π: Уо – electron beam accelerating voltage lo – electron beam current – electron efficiency Nsi – number of

slots Nb – number of electron beams

In table 2 parameters of a frequency multiplier are resulted: Qi – the loaded Q of the basic resonator Pi – power output on the basic frequency n – number of a harmonic of a frequency multiplier Qoui – the loaded Q of the resonator which has been tuned on frequency nf, Pout – power output on frequency nf

III                                        Conclusion

It is shown, that multibeam orbotron-klystrons can be used effectively in frequency multipliers as generators of the stable microwave oscillation of low power in millimeter and submillimeter wavelength range

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р