Одаренко Є Н, Шматько А А

Харківський національний університет радіоелектроніки пр Леніна, 14, м Харків, 61166, Україна тел: (057) 7021057, e-mail: oen@kturekharkovua Харківський національний університет пл Свободи, 4, м Харків, 61077, Україна тел: (057) 7075133, e-mail: alexandrashmatko @ univerkharkovua

Рис 1 Схема простору esauModeiJcmeun з N електронними потоками

диться в рамках багатовимірної моделі нелінійного електронно-хвильової взаємодії [3]

Анотація – Проведено дослідження багатовимірної моделі двокаскадного помножувача частоти з многопучковой електронно-оптичною системою Наявність багатошвидкісного електронного потоку дозволяє ефективно управляти характеристиками енергообміну між високочастотним полем і зарядженими частинками На основі багатовимірної нелінійної теорії електронно-хвильової взаємодії знайдені умови підвищення вихідний потужності пристрою на вищих гармоніках частоти вхідного сигналу

I                                       Введення

Puc 2 Залежності амплітуди вихідного сигналу від нормованої різниці початкової швидкості електронних потоків

Fig 2 Output signal amplitude \/s normalized difference of electron beams’ initial velocities

Fig 1 Interaction space scheme with N electron beams

Дослідження процесу електронно-хвильової взаємодії в просторово-розвинутих многопучкових системах проводиться з урахуванням різних фізичних механізмів і факторів, в тій чи іншій мірі визначають вихідні характеристики пристрою У багатовимірному просторі взаємодії кількість таких факторів досить велике У звязку з цим необхідно аналізувати ступінь їх впливу на закономірності енергообміну електронів з високочастотними полями Одним з найбільш істотних факторів, які слід враховувати в багатовимірних моделях електронних приладів, є високочастотне розшарування пучка заряджених частинок [1] Це явище обумовлене неоднорідністю електромагнітного поля в межах поперечного перерізу електронного потоку У даній роботі розглядається многопучковая електронно-хвильова система О-типу, в якій кожен потік електронів має свою початкову швидкість (початковий рассінхронізм з фазовою швидкістю хвилі) З одного боку, така система еквівалентна однопучкову з електронним потоком відповідної товщини, а з іншого – дозволяє управляти режимом взаємодії кожного пучка з високочастотним полем [2] Основна увага в роботі приділено дослідженню роботи такої системи в режимі множення частоти Зменшення довжини хвилі сигналу призводить до посилення розшарування електронного потоку Застосування многопучковой схеми дозволяє компенсувати несприятливий вплив високочастотного розшарування на ефективність електронно-хвильової взаємодії

II                              Основна частина

Досліджувана електронно-хвильова система О-типу має двохкаскадний простір взаємодії, причому один з каскадів є модулятором багатопроменевого електронного потоку на частоті вхідного сигналу Це ділянка простору взаємодії може бути як резонансним, так і нерезонансних Вихідний каскад помножувача являє собою резонансну систему з тривалою взаємодією Фактично це неавтономна коливальна система з попередньою модуляцією електронного потоку Теоретичний аналіз прово

Розглядається варіант ступеневої зміни початкової швидкості електронних потоків у міру видалення від поверхні періодичної структури (рис 1) Тут Ф = рь, де β = ω / vo-електронне хвильове число, Ь = 1 – vo / v – відносний рассінхронізм швидкості електронів УОІ фазовоїшвидкості сповільненій хвилі ν У разі посилення на одній частоті такий розподіл швидкостей дозволяє значною мірою компенсувати високочастотне розшарування пучка і підвищити ефективність взаємодії [2] У умножителе частоти ситуація складніша, оскільки тут існують дві ділянки простору взаємодії з різною ступенем неоднорідності поля в поперечному перерізі електронного потоку

На рис 2 представлені залежності амплітуди вихідного сигналу від величини різниці параметра просторового рассінхронізма між суміжними електронними потоками для різних значень відносини робітника струму до пускового lo / lst у вихідному резонансному каскаді Коефіцієнт множення дорівнює чотирьом Амплітуда вхідного сигналу вибиралася з умови максимуму амплітуди вихідного сигналу для заданого коефіцієнта множення і в даному випадку становила -26 дБ Позитивні значення параметра ΔΦ означають, що в міру віддалення від поверхні сповільнює системи початкова швидкість електронних потоків зменшується Негативні значення ΔΦ не розглядаються, оскільки в цьому випадку ефективність енергообміну електронів з високочастотним полем знижується Причини цього явища розглянуті в [2]

З графіків видно, що в режимі регенеративного посилення застосування многопучковой електроннооптичного системи з різними швидкостями електронних потоків практично не позначається на рівні вихідного сигналу У режимі синхронізації (lo / lst> 1) спостерігається явно виражений максимум амплітуди вихідного сигналу, причому для різних значень відносини робочого струму до пускового він реалізується при ΔΦ «π Розрахунки показують, що аналогічний ефект спостерігається і для інших значень коефіцієнта множення частоти

Слід зазначити, що збільшення параметра lo / lst призводить до зростання не тільки абсолютного значення амплітуди вихідного сигналу для ΔΦ «π, але і її відношення до амплітуді сигналу у випадку, коли всі електронні пучки мають однакову початкову швидкість Отже, вплив зміни розподілу початкових швидкостей електронних потоків на ефективність многопучкового помножувача частоти обумовлено в основному нелінійними процесами в електронно-хвильової системі

III                                  Висновок

Показано, що застосування кількох електронних потоків з різними початковими швидкостями в електронно-хвильових системах О-типу дозволяє підвищити ефективність взаємодії не тільки на частоті вхідного сигналу в режимі посилення, але і на її вищих гармоніках в режимі множення Ефект досягається завдяки компенсації високочастотного розшарування в багатошвидкісних електронному потоці Використання декількох електронних потоків замість одного потужного пучка дозволяє зберегти рівень потужності в системі і здійснювати ефективне управління характеристиками електронно-хвильової взаємодії

IV                           Список літератури

[1] я А Вайнштейн, В А Солнцев Лекції з надвисокочастотної електроніці М: Сов радіо, 1973 -400 С

[2] Одаренко Є Н, Шевченко Н Г Планарний СВЧ підсилювач О-типу з багатошаровим електронним пучком

Вестн Харк ун-ту, 2000, № 467, вип 1, с 98-101

[3] Одаренко Є Н, Шматько А А Вимушені коливання в нелінійних електронно-хвильових системах О-типу – моделювання й аналіз – В кн: 12-я Міжнар Кримська конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »(КриМіКо2002) Матеріали конф [Севастополь, 9-13 вересня 2002] – Севастополь: Вебер,

2002, стор 201-202

MILLIMETER WAVES MULTIBEAM FREQUENCY MULTIPLIER

Odarenko E N, Smat’ko A A

Kharkov National University of Radio electronics Lenin av, 14, Kharkov, 61166, Ukraine

Ph: (057) 7021057, e-mail: oen@kturekharkovua Kharkov National University Svobody Sq 4, Kharkov, 61077, Ukraine Ph: (057) 7075133, e-mail: alexandrashmatko@unlverkharkovua

Abstract – The research of multidimensional model of two- stage frequency multiplier with multibeam election-optical system is carried out The presence of multiple-speed electronic stream allows effectively controlling the characteristics of interaction between high-frequency field and charged particles On the basis of beam-wave interaction multidimensional nonlinear theory, increase conditions of output power at higher harmonics of the input signal frequency have been obtained

I                                        Introduction

One of the most essential factors, which should be taken into account in multidimensional models of electron devices, is high-frequency breaking of the electron beam [1] This phenomenon is stipulated by discontinuity of electromagnetic field in the electron beam cross-section Considered in this paper is multibeam 0-type beam-wave system, where each stream of electrons has its own initial velocity The main attention is paid to investigation of such system operation in the frequency multiplication mode

II                                       Main Part

The 0-type beam-wave system researched has two spaces of interaction One of its stages is multi-beam electron beam modulator on the input signal frequency This interaction space section can be both resonance and non-resonance The output stage of the multiplier represents the resonance system with prolonged interaction Actually it is a non-autonomous oscillatory system with preliminary modulation of electron beam Theoretical analysis has been carried out within the framework of multidimensional model of nonlinear beam-wave interaction [3]

Fig 2 shows dependences of the output amplitude on the value of velocity difference between contiguous electron beams for different values of operating current/starting current ratio in the output resonance stage Multiplying coefficient equals four The input amplitude is selected from condition of the output amplitude maximum for the given multiplying coefficient and in this case it is -26 dB Positive ΔΦ values mean that the initial speed of electron beams is decreasing in accordance with moving away from slow-wave circuit surface

Application of multibeam election-optical system with different velocities of electronic beams practically had no effect on the output signal level in regenerative amplification mode In synchronization mode the obviously expressed maximum of the output amplitude is obvious This peak is located at ΔΦ«π for different values operating current/starting current ratio The calculations show that the same effect is observed for other values of frequency multiplying coefficient

III                                     Conclusion

Application of several electron beams with different initial velocities in the 0-type beam-wave systems allows enhancing interaction efficiency not only at input signal frequency in the amplification mode but also at its higher harmonics in multiplying mode Using of several electronic beams instead of one powerful beam allows saving system power level and realizing effective control of beam-wave interaction characteristics

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