ИЗОХРОННЫЙ гди

March 29, 2012 by admin Комментировать »

Корнеенков В. К., Скрынник Б. К., Цвык А. И. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры,12, Харьков, 61085, Украина Тел.: +380(57) 7448548; e-mail: tsvyk@ire.kharkov.ua

Аннотация – В миллиметровом диапазоне длин волн (частота генерации 33-37 ГГц) в ИРЭ НАН Украины разработан, создан и исследован изохронный ГДИ с повышенными значениями выходной мощности и КПД прибора. В частности, на частоте генерации 36,2 ГГц при ускоряющем напряжении U=3,2 кВ и токе электронного потока /=140 мА выходная мощность генератора составляет 40 Вт при КПД ~ 8,76% в непрерывном режиме. Делаются выводы о перспективе развития таких генераторов в коротковолновой части мм диапазона.

I.  Введение

Рис. 1. Комбинированная перестройка частоты ГДИ

В известном созданном в ИРЭ НАН Украине комплексе ГДИ миллиметрового диапазона применяется четверть волновая отражательная дифракционная решетка с ленточным («горизонтальным») электронным потоком (ЭП) [1;2;3]; ширина решетки Ь~10лш; глубина канавок – h~A/4. Решетка располагается на поверхности плоского (или цилиндрического) зеркала полуконфокального (или сфероцилиндрического) открытого резонатора (ОР). Радиус кривизны и диаметр 2а апертуры зеркал ОР значительно превышают длину волны возбуждаемых в генераторе колебаний. Эти ГДИ имеют широкий диапазон комбинированной перестройки частоты (порядка 0,5 октавы, что составляет несколько десятков ГГц в мм диапазоне) с выходной мощностью Р до нескольких единиц ватт и с КПД Г] ~ 1-2% в

Fig. 1. Combined frequency tuning in the DRO

непрерывном режиме. В. К. Корнеенков экспериментально показал, что для повышения Р и Г) перспективно в ГДИ использовать дифракционную решетку в виде цепочки прямоугольных открытых волноводных резонаторов, связанных каналом

8    для «вертикального» ЭП вдоль оси решетки (при параметрах A !2<(b;h)< А + 5 в канавках такой решетки, как в резонаторе, возбуждается Ню 1 тип колебания с резонансной длиной волны Ap~2bh/-\[b^-Ji2 ). При этом габариты ГДИ можно уменьшить, если применять малообъемные ОР [4] (длиннофокусный ОР с уменьшенными размерами апертуры зеркал) или короткофокусные ОР

[5]  , а значения Р и Г) улучшить путем применения фазированной решетки [6;7] (изохронный ГДИ).

Сообщаются характеристики созданного в ИРЭ НАН Украины изохронного ГДИ мм диапазона (33-37 ГГц) и перспективы его развития.

II.  Основная часть

Разработанный ГДИ содержит малообъемный ОР

[4]    , образованный сферическим зеркалом с радиусом кривизны 80мм и плоским зеркалом; диаметр апертуры зеркал 2а=27мм. В центре сферическое зеркало имеет щель связи 0,25×7,2 мм, плавно переходящая в стандартный волновод. На плоском зеркале размещается периодическая структура в виде двух встречных «вертикальных» изохронных дифракционных решеток, разнесенных на расстояние 8 =0,2 мм для канала электронного потока (ЭП) и обеспечения связи между резонаторами структуры. Общая длина структуры – 24мм, ширина – Ь= 8мм\ на длине 10,2мм резонаторы структуры имеют одинаковый период 1=0,85мм, а на остальной длине – расстояние между резонаторами постепенно уменьшается на 0,01мм. ГДИ работает в диапазоне частот (33-37)ГГц при ускоряющих напряжениях (2,4-3,42)кВ и «малых» расстояниях между зеркалами ОР (до 5мм, рис.1). Из анализа кривых на рис.1 следует, что в ОР ГДИ возбуждается сильно разряженный спектр колебаний типа ТЕ Mm, ТЕМ2 oq и ТЕМ002 (кривые 1,2,3 соответственно). Крутизна механической перестройки колебания ТЕМ001 составляет ~1 ГГ\л/мм, а для колебания ТЕМоог ~ 0,85 ГГ’j/mm.

Puc. 2. Изменение мощности и частоты ГДИ в пределах зоны генерации.

Fig. 2. The output power and frequency within the DRO oscillation band

На рис. 2 показаны зависимости выходной мощности Р (кривые 1; 3) и частоты f генерации (кривые 2; 4) от ускоряющего напряжения U при электронном токе 110 тА (кривые 1; 2) и токе 80тА (кривые 3; 4) соответственно. Из этих графиков видно, что электронная перестройка частоты при токе 110тА составляет ~ 90 МГц с крутизной перестройки (на уровне Р/2) ~ 0,48 МГи/В.

На рис.З представлены зависимости Р, кпд и оптимального ускоряющего напряжения U генератора от электронного тока / пучка. Видно, что при токе 140 тА выходная мощность Р ~ 40Вт с КПД прибора ~ 8,76%.

Рис. 3. Зависимости Риг; ГДИ от электронного тока.

Fig. 3. The Р and ?; behavior depending on the electron current

Дальнейшее увеличение тока приводит к перегреву ГДИ (требуется специальная система охлаждения генератора).

III.  Заключение

Создан ГДИ мм диапазона (33-37ГГц) с изохронной периодической структурой в виде цепочки связанных открытых волноводных прямоугольных резонаторов. ГДИ имеет повышенные значения выходной мощности (-40Вт) и кпд~8,76%.

Полученные результаты указывают на перспективу создания изохронных ГДИ в коротковолновой части мм диапазона.

IV. Список литературы

[1]  В. П. Шестопалов. Дифракционная электроника. Изд. Вища школа, 1976, 231с..

[2]  Генераторы дифракционного излучения/ Под ред. Шес- топалова В. П. – Киев: Наук, думка, 1991 .-320 с.

[3]  Корнеенков В. К., Мирошниченко В. С. Пакетированный ГДИ диапазона частот 25-100 Ггц, 1-й Украинский симпозиум «Физика и техника мм и субмм радиоволн», Харьков 15-17 октября 1991 г.: Тез. докл. -Харьков, Изд. ИРЭ АН УССР, 1991,-т.1.-С.130-131.

[4] Демченко М. Ю., Корнеенков В. К., Скрынник Б. К. Малообъемный генератор дифракционного излучения – Радиофизика и электроника. Харьков. Изд-во ИРЭ НАН Украины. 2000, т.5, № 2. – С. 140-144.

[5]  Нестеренко А. В., Цвык А. И., Шестопалов В. П. Миниатюризация генератора дифракционного излуче- ния.//Докл. АН СССР.-1984.-277, № 1. – С.84-88.

[6]  Мощные электровакуумные приборы СВЧ. / Под ред.

Л. Клэмпитта. М: Мир. 1974,-70с

[7]  Еремка В. Д., Корнеенков В. К., Мирошниченко В. С., СтадникА. В. Изохронный генератор дифракционного излучения. IX Всесоюзн. конф. по электронике СВЧ. Тез. докл. Киев, 1979, т.1.- С.260.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке по международной программе УНТЦ, проект 1770.

THE ISOCHRONOUS DRO

KorneenkovV. К. , Skrynnik В. К. , and TsvykA. I.

The A. Ya. Usikov’s IRE NAS of Ukraine 12, Ak.Proskury str., Kharkov, 61085, Ukraine tel: +380(57) 7448548; e-mail: tsvyk@ire.kharkov.ua

Abstract – A packetized 33-37 GHz diffraction radiation oscillator (DRO) using an isochronous grating has been developed. The offered output power is 40 W and the efficiency is -8.76% at the voltage of 3.2 kV and the electron current of 140 mA. The DRO weight including the magnet system is 5 kg.

I.  Introduction

A set of the mm-wave (0.8 – 10 mm) DRO devices developed in the IRE NAS of Ukraine is well known [1, 2, 3]. These DRO devices are built around a semi-spherical or spherical cylindrical open resonator (OR) with one of the mirrors carrying a diffraction grating. Although a fairly wide combined tuning range (about half an octave) is offered, the DRO efficiency (77 ~ 1—2°0) is not high, and the oscillation output power, P , is only few watts. It has been experimentally found by V. K. Korneenkov that the 77 and P values can be enhanced when the periodic structure looks like two ‘vertical’ gratings. In the report, the output characteristics of the 33-37 GHz DRO using such a grating are given, and the prospects of the device at the short millimeters are discussed.

II.  Main part

The discussed DRO uses a small-volume OR [4] with two isochronous gratings [6, 7]. The total length of the gratings is 24 mm, the width is 8 mm. Through a length of 10.2 mm, the grating period is I = 0.85 mm. After that the grating pitch is stepwise reduced by 0.01 mm down to 0.79 mm in an effort to optimize the asynchronism parameter.

The DRO range of operation is 33-37 GHz (Fig.1), with the voltage varying from 2.4 to 3.2 kV and the mirror spacing 5 mm.

Fig.2 reports the output power P (curves 1 and 3) and the oscillation frequency (curves 2 and 4) versus the accelerating voltage at the operating current kept to be 110 mA (curves 1 and 2) and 80 mA (curves 3 and 4). Fig.3 shows the P and 77 behavior and the optimum accelerating voltage, U, depending on the electron current. At a current of 140 mA, the DRO output power reaches P ~ 40 W, and the efficiency is rj ~8.76%. The DRO weight including the magnet system is 5 kg.

III.  Conclusion

The obtained results encourage us to further develop the isochronous DRO in the short-wave part of the mm range.

The work is due to a partial financing support of the STCU, Project N1770.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты