Галайдич К В, Марков П І, Сотников Г В ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» вул Академічна, 1, м Харків, 61108, Україна тел: 335-66-23, e-mail: sotnikov@kiptkharkovua

Анотація – Досліджено характерні максимальні значення амплітуд хвиль в залежності від енергії електронного пучка при многочастотном режимі збудження коаксіальної замедляющей структури Визначено спектри вихідних сигналів Розраховані значення максимального к п д (щодо втрат), а так само к п д для випадків найкращого посилення всіх хвиль

I                                       Введення

Існує необхідність у вивченні і розробці широкосмугових НВЧ приладів, які можуть ефективно працювати одночасно на декількох частотах [1], так як подібні пристрої становлять інтерес для різних додатків Коаксіальна лінія передачі з гребінками на обох провідниках є однією з уповільнюють структур, в якій можливе збудження інтенсивних СВЧ – коливань в широкому частотному діапазоні На дисперсійної кривої, яка описує власні коливання даної структури, є відносно широкий лінійний ділянку У звязку з цим електронний пучок може одночасно резонансно взаємодіяти з великим числом хвиль У одномодовом наближенні посилення в даній замедляющей структурі було розглянуто раніше [2]

II                              Основна частина

Fig 2 Output signal spectrum for the best variant of amplification: A-4, В-13 harmonics

Метою даної роботи було дослідження амплітудно-частотних характеристик посилення многочастотного сигналу в коаксіальної замедляющей структурі Опору звязку, хвильові числа і частоти власних хвиль для чисельних розрахунків були взяті з результатів роботи [2] Геометричні розміри структури [3] забезпечували необхідне для взаємодії з пучком уповільнення хвиль в діапазоні Он-3, 6 ГГц

Puc 2 Спектр вихідного сигналу для кращого варіанту підсилення: А-4, В -13 гармонік

Для опису нелінійної стадії посилення електронним пучком власних хвиль коаксіальної замедляющей лінії передачі скористаємося рівняннями для усереднених за поперечним перерізом амплітуд гармонік поздовжнього електричного поля і рівнянь руху для частинок пучка [4] Будемо припускати, що частоти порушуваних хвиль кратні деякій частоті (частота основної хвилі) Тоді для дослідження многочастотного режиму збудження отримаємо систему нелінійних рівнянь [3]

На рис1 наведені результати чисельних розрахунків у разі посилення у вакуумній коаксіальної лінії чотирьох хвиль з частотами 2,16 ГГц, 2,4 ГГц, 2,64 ГГц і 2,88 ГГц Початкова амплітуда гармонік 25 В / см Пучок моноенергетичного, немодульованих-ний, струм пучка 5А

З рис1 видно, що низькочастотні хвилі, порівняно з високочастотними, збуджуються при великих значеннях енергії електронного пучка Сама високочастотна хвиля перевищує всі інші практично на всьому проміжку зміни енергії пучка Існують області енергій, при яких має місце конкуренція між гармоніками, а також області, в яких поля гармонік досягають приблизно однакових значень

Рис 1 Характерні максимальні значення амплітуд 4-х хвиль при зміні енергії пучка

Fig 1 Characteristic maximal values of amplitudes of 4 waves at beam energy change

Ha рис 2 наведені спектри вихідних сигналів для 4 (А) і 13 (В) хвиль Ці спектри відповідають випадкам найкращого посилення, якими ми вважаємо варіанти, коли всі гармоніки досягають характерних максимальних значень при одному і тому ж значенні поздовжньої координати (при прийнятному значенні к п д по втратах пучка, тобто 15 – 30%)

Початкова амплітуда гармонік 25 В / см, енергія пучка 42 кеВ, значення поздовжньої координати для випадку А – 125 см, для В – 167,5 см Вид слектров на рис2 підтверджує можливість одночасного посилення більшого числа хвиль Причому, лрі збільшенні числа хвиль посилюються, більшою мірою, краю спектра

На рісЗ наведені графіки залежності ккд по втратах від кількості гармонік відповідні двом важливим, з практичної точки зору, випадками: коли к п д по втратах досягає максимального значення і к п д по втратах для випадків найкращого підсилення

Рис 3 Залежність ккд по втратах від кількості гармонік (1) – максимальне значення к п д (2)-к п д для випадків найкращого посилення всіх гармонік

Fig 3 Efficiency versus harmonics number: (1)- maximai efficiency value (2)- efficiency for the best simultaneous amplification of all harmonics

З графіків, наведених на рісЗ випливає, що на всьому розглянутому інтервалі кількості підсилюються хвиль як максимальне к п д, так і к п д для випадків найкращого посилення всіх гармонік, мають високе значення, і на інтервалі від 4 до 13 гармонік слабо змінюються

III                                  Висновок

Чисельний аналіз многочастотного режиму збудження коаксіальної замедляющей структури показує перспективність такої лінії передачі для створення НВЧ – приладів, здатних працювати одночасно на декількох частотах

IV                           Список літератури

[1] Кураєв А А, Лукашевич Д В, Синіцин А К Багаточастотні режими роботи лампи біжучої хвилі зі спіральної замедляющей системою 10-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »(КриМіКо2000) Севастополь, Ills сент 2000: Матеріали конференції Севастополь: «Вебер», 2000 с 188-189

[2] Сотников Г В Посилення коливань в плазмової коаксіальної лінії передачі Фізика плазми 2001, том 27 № 6, с 509-518

[3] Галайдич К В, Марков П І, Сотников Г В Нелінійна динаміка многочастотного режиму збудження коаксіальної замедляющей структури 15-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »(КриМіКо2005) Севастополь, 12-16 сент 2005 року: Матеріали конференції Севастополь: «Вебер», 2005 с 677-678

[4] Вайнштейн Л А Лекції з надвисокочастотної електроніці – М: Радянське радіо, 1973

AMPLITUDE-FREQUENCY CHARACTERISTICS OF MULTIFREQUENCY SIGNAL AMPLIFICATION IN COAXIAL SLOW-WAVE TRANSMISSION LINE

Galaydych K V, Markov P I, Sotnikov G V

Kharkov Institute of Physics and Technology, National Science Center

Akademicheskaya str1, Kharkov, 61108, Ukraine Ph:(057)335-66-23, e-mail: sotnikov@kiptkharkovua

Abstract – Characteristic maximal values of wave amplitudes are investigated depending on electron beam energy at multifrequency mode of excitation of coaxial slow-wave transmission line Output signals spectra are determined We have calculated both maximal efficiency (losses) and efficiency for the best amplification of all waves

I                                         Introduction

Broadband microwaves devices operate effectively simultaneously at several frequencies Coaxial transmission line with combs on both conductors is one ofthe slow-wave where excitation of intensive microwaves in a wide frequency band takes place

There is rather wide linear range on the dispersive curve describing eigen oscillation of the given structure Electron beam can interact simultaneously effectively with the great number of waves

II                                        Main Part

In order to describe nonlinear stage of waves amplification by electron beam in coaxial slow-wave structure, let us use the equations [3] We shall suppose, that frequencies of excited waves are multiple to some frequency (frequency of a fundamental wave)

The purpose of the given work was to research amplitude- frequency characteristics of multifrequency signal amplification in the given slow-wave structure Coupling resistances, wave numbers and frequencies of eigen waves for numerical calculations have been taken from [2] The results of numerical simulation of multifrequency signal amplification are shown in Fig1-Fig3

III                                       Conclusion

Numerical analysis shows availability of transmission line proposed for creation of microwave devices, operating simultaneously at several frequencies Moreover, numerical calculations show that increasing the number of waves leads to great extension of spectrum edges

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