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

I                                       Введення

Рис 1 Залежності електронного ККД і хвильового від нормованої довжини приладу Т

в опублікованих раніше роботах [1-2] наведена схема ЛБВ на хвилеподібно зігнутого (WB – wavy bending) прямокутних хвилеводах і описана математична модель з використанням еквівалентних четирехполюс-ників У такому приладі електронний потік перетинає хвилеподібно вигнутий прямокутний хвилевід посередині широкої стінки (в максимумі поперечного електричного поля) За певних довжинах труб дрейфу і фазах поля в зазорах відбувається не тільки збільшення модуляції електронного потоку, а й за рахунок збудження зворотної хвилі виникає самозбудження приладу Збуджена зворотна хвиля, з збільшується амплітудою від кінця до початку приладу, переносить перетворену енергію електронного потоку в початок області взаємодії – на вихідний кінець хвилеводу в узгоджене навантаження (антену і т д)

II                              Основна частина

Fig 1 Dependences of device Т on normalized lengths for electron efficiency and wave efficiency

У таблиці 2 для оптимальних варіантів ЛОВ з різними струмами променя Ь наведені значення електронного ККД для прискорює напруги Uo = 800 кВ, число зазорів N = 5

Таблиця 2 Table 2

Математична модель Дана ЛОВ WB моделюється ланцюжком еквівалентних чотириполюсників Кожен чотириполюсник моделює одну секцію (півхвилю хвилеподібно зігнутого прямокутного хвилеводу) На Наприкінці хвилеводу (в області колектора) поглинаюча навантаження з опором Z *

1о [ΚΑΙ

17

2,0

2,5

3,0

Ve

0,187

0,166

0,214

0,291

– рівним хвильовому опору хвилеводу Так як чотириполюсники моделюють відрізки одного і того ж хвилеводу, вони виявляються узгодженими і при зміні частоти в відсутність наведеної струму У моделі враховуються прямі і зворотні хвилі, збуджені поперечним електронним потоком, сили просторового заряду і розподілені втрати в хвилеводі Використовуються релятивістські рівняння руху Для апроксимації розподілу коефіцієнтів фаз чотириполюсників застосовується апарат атомарних функцій Завдання збудження ЛОВ WB вирішується методом накладання [3]

Проводилися розрахунки ЛОВ для прискорює напруги 1000 кВ, розміри хвилеводу а = 4,6 см, Ь = 2 см, струм променя 5кА, розрахунковий електронний ККД 77 ^ = 0,14, вихідна потужність 700 МВт

Проведена оптимізація регулярної ЛОВ ММ-діапазону: довжина хвилі 0,8 см, прискорює напруга 35 кВ, число зазорів N = 25, розміри хвилеводу а = 0,42 см, Ь = 0,05 см, струм променя 4 А, кількість променів – 8, електронний ККД η ^ = 0, ^ 0, вихідна потужність 15 кВт

Режим самозбудження на певній частоті досягається, коли поле в кінці хвилеводу (на навантаженні Zw) близько до нуля При цьому енергія сгруппированного електронного променя перетвориться, в основному, в енергію зворотної хвилі

Для розрахунків ЛОВ WB використовувався хвилевід з розмірами а = 4,6 см, Ь = 1 см, радіус електронного променя г = 0,6 см, довжина хвилі генерації λ = 6 см У таблиці 1 для оптимальних варіантів ЛОВ з різними струмами променя 1оі різним числом зазорів N (вигнутих секцій хвилеводу) наведені значення електронного ККД

(Прискорює напруга Uo = 400 кВ)

Оптимізувалися регулярні ЛОВ субміллі-метрового діапазону: довжина хвилі 0,05 см, прискорює напруга 12 кВ, число зазорів N = 39, розміри хвилеводу а = 0,03 см, Ь = 0,003 см, один промінь, струм променя

0, 1 А, електронний ККД / 7 ^ = 0,00068, вихідна потужність 220 мВт Для збільшення вихідної потужності проводилася оптимізація двосекційного приладу – ЛОВ-ЛБВ Перша секція ЛОВ має 29 зазорів, електронний ККД / 7 ^ = 0,00025, друга секція ЛБВ містить 42 зазору, електронний ККД / 7 ^ = 0,00294, вихідна потужність 1,2 Вт

1, ККД

N

1о [А]

250

500

800

1000

1400

9

0402

0491

7

0238

0307

0304

5

0317

0365

0292

На рис 1 наведено залежності ККД і хвильового ККД від нормованої довжини приладу Т

електронного для прискорює напруги

Uo = 400 kB, струму променя 1о = 500 А, N = 5 (див табл 1), Вихідна потужність 100 МВт

Табл 1 Table 1

Анотація – У математичній моделі ЛОВ на хвилеподібно зігнутого волноводах використовується ланцюжок еквівалентних чотириполюсників Наведено результати оптимізації релятивістських ЛОВ СМ-діапазону довжин хвиль з прискорюючими напруженнями 400 .. 1000 кВ, струмами 0,25 .. 5кА, а також ЛОВ міліметрового і субміллімет-рового діапазонів

2,     

III                                  Висновок

Наведені результати оптимізації генераторів на лов WB показали, що можливо генерування СВЧ коливань надвисокої потужності в СМ-діапазоні з розрахунковим електронним ККД 14 .. 50% для прискорюючих напруг 400 .. 1000 кВ, при токах електронного променя 0,2 .. 5кА, з вихідною потужністю 100 .. 700 МВт

У ММ-діапазоні генератори ЛОВ можуть мати розрахунковий електронний ККД 10% У субміллімет-ровом діапазоні для описаної конструкції генераторів може бути отримана вихідна потужність

0,        2 .. 1,2 Вт

IV                           Список літератури

[^] Аксенчік А В, Кураєв А А Нерегулярне ЛБВ на хвилеподібно вигнутому прямокутному хвилеводі / / Матеріали 14-ї Міжнародної Кримської мікрохвильової конференції КриМіКо 2004, -2004 -С 187-188

[2] АксенчікА В, Кураєв А А Електродинамічний розрахунок нерегулярної ЛБВ на хвилеподібно вигнутому прямоуголь ^ ном хвилеводі / / Радіотехніка, 2005 № 3 -С19-21

[3] Аксенчік А В, Кураєв А А, Синіцин А К Оптимізація нерегулярних ламп зворотної хвилі 0-типу на ланцюжках звязаних резонаторів / / Радіотехніка та електроніка, – 2005,-т50 -N5 -С632-637

MODELLING OF IRREGULAR BWO ON WAVY BENT RECTANGULAR WAVEGUIDES

Aksenchyk A V, Kurayev A A, Orlov V A

Byelarusian State University of Informatics and Radioelectronics

P Brovky str, 6, Minsk, 220027, Republic Byelarus

Ph:017-2938498, e-mail: kurayev@bsulrunlbelby

Abstract – The chain of equivalent quadripoles as mathematical model of BWO on wavy bent rectangular waveguides are used Results of optimization of relativistic cm- band BWO with accelerating voltage 400 .. 1000 kV, currents 0,25 .. 5 kA, as well as mm and sub-mm BWO are represented

I                                         Introduction

In [1 -2] the scheme of TWT on wavy bent (WB – wavy bending) rectangular waveguides is resulted and the mathematical model using equivalent quadripoles is described In such device electron beam crosses rectangular waveguide in the middle of wide wall (in the maximum of cross electrical field) At the certain lengths of drift tubes and field phases in gaps besides increasing of electron beam modulation, self-excitation takes place because of excitation of backward wave device The excited backward wave, with increasing amplitude from the end to the beginning of the device, transfers the transformed energy of electron beam to the beginning of interaction area

II                                        Main Part

Mathematical model The given BWO WB is simulated using the chain of equivalent quadripoles [1] Forward and backward waves are excited by cross-section electron beam, forces of space charge and the distributed losses in a waveguide are considered Relativistic equations of electron movement are used The atomic functions are applied for approximation of phases distribution in quadripoles The problem of BWO WB excitation is decided using superposition method [3]

For calculation of BWO WB, we used a waveguide with sizes a = 4,6 cm, b = 1 cm, radius of electron beam r = 0,6 cm, generation wavelength – 6 cm In table 1 values of electron efficiency 7e for optimum BWO variants with different beam currents loand different number of gaps N (bent sections of a waveguide) are presented (accelerating voltage Uo = 400 kV) Calculations for accelerating voltage lOOOkV, a=4,6 cm,

b=2 cm, beam current 5kA, electron efficiency =0,14, output power 700 MW have been carried out

III                                       Conclusion

The results of optimization have demonstrated, that generation of ultrahigh power microwave oscillation in cm-range with calculated electron efficiency 14 .. 50 % for accelerating voltage 400 .. 1000 kV, is possible at electron beam currents 0,2 .. 5 kA, with output power 100 .. 700 MW

In mm-band calculated electron efficiency of BWO generators may reach up to 10% In sub-mm band output power is

0,                           2..1,2Wforthe described design

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