ГЕНЕРАТОРЫ-УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО И СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

January 14, 2013 by admin Комментировать »

Аксенчик А. В., Кураев А. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки 6, г. Минск, 220027, Беларусь тел.: 017-2938498, e-mail: kurayev@bsuir.unibel.by

Аннотация – Представлены генераторы для миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн с использованием клистронных механизмов взаимодействия. Показано, что расчетный электронный КПД орботронов- клистронов на частотах 50…300 ГГц составляет 16…54%. Выходная мощность клистронов-умножителей частоты достигает 2,6…39 Вт на частотах 500…2000ГГц.

I.                                       Введение

в опубликованных ранее работах [1-2] рассматривался один из путей создания стабильных генераторов СВЧ колебаний малой мощности на частотах более 100 ГГц на основе орботронов-клистронов с открытыми резонаторами (ОР). В [1] указано, что многопучковые орботроны-клистроны является перспективными для создания на их основе умножителей частоты. На рис. 1 приведена схема умножителя частоты на основе многопучкового орботрона-клистрона.

7

Рис. 1. Схема прибора. Fig. 1. Device scheme

Здесь: 1 – фокусирующее зеркало ОР; 2 – плоское зеркало ОР; 3 – распределение поля рабочей моды на плоском зеркале (оно близко к гауссовому); 4 – электронные пушки, формирующие ленточный электронный поток (ЭП), имеющий ширину Αί (нормально к чертежу), значительно превосходящую длину волны Я , 5 – щели связи с объемным полем резонатора, одновременно это ВЧ зазоры многопучкового кпистрона; 6 – центральный коллектор с водяным охлаждением; 7 – сдвоенные фокусирующие зеркала ОР на па> ; 8 – плоское отражающее зеркало ОР на па> ; 9 – распределение поля этого ОР на плоском зеркале; 10 – щель связи с ЭП на частоте πω , возбуждающая ОР.

Верхняя часть конструкции соответствует описанному в [1] орботрону-кпистрону. Частота генерации этого клистрона – а>. При специальном выборе нелинейного режима на выходе кпистрона можно сформировать фазовые электронные сгустки так, что в их последовательности образуется составляющая пСй с высокой амплитудой плотности тока электронного потока. Нижняя часть чертежа изображает секцию отбора энергии на частоте πω .

II.                              Основная часть

Математическая модель. В расчетах использовалась нелинейная модель дискретного взаимодействия, приведенная в [2, 3]. В модели используются релятивистские уравнения движения в системе t, toB одномерном приближении. Для моделирования электронного потока применяется метод крупных частиц. Напряжения на щелях распределены по нормальному закону, с центром распределения на последней щели. Для расчетов задаем напряжение на 1-й щели Ui и напряжение на последней щели и„. Тогда напряжение на к-ой щели рассчитываем по формуле:

где Хк – расстояние между центрами 1-ой и к-ой щелями.

Результаты расчетов. Проведены расчеты умножителей частоты, предназначенных для работы на различных частотах. Для приборов, работающих на основных частотах 50…300ГГц, (варианты В1, В2, ВЗ, В4 в табл. 1, 2) заданы: радиус трубки дрейфа R= 0,01см, радиус луча г=0,005 см, длина щели d=0,01 см. В таблице 1 приведены параметры приборов, работающих на основной частоте / = ω 12π .\/о- ускоряющее напряжение пучка электронов; Ь – ток электронного пучка; – электронный КПД; Nsi- количество щелей, Nb – количество электронных лучей.

Таблица 1.

Table 1.

Vari

ant

f

[GHz]

Vo

[кВ]

Ιο

fAl

л.

Ns,

Nb

Β1

50

3

0.3

0.54

7

30

В2

100

3

0.1

0.37

7

30

ВЗ

200

3

0.1

0.11

7

30

В4

300

3

0.1

0.16

5

30

Таблица 2. Table 2.

Vari

ant

Qi

Pi

[Wt]

n

Qoul

P out

[Wt]

B1

54

204

10

2817

39

B2

600

46

10

3850

7.2

B3

1260

18

10

15270

1.5

B4

4410

34

3

17340

2.6

В таблице 2 приведены параметры умножителя частоты: Qi – нагруженная добротность основного резонатора, Ρι – выходная мощность на основной частоте, η – номер гармоники умножителя частоты, Qout – нагруженная добротность резонатора, настроенного на частоту nf, Pout – выходная мощность на частоте nf.

Показано, что многопучковые орботроны- кпистроны могут эффективно использоваться в умножителях частоты в качестве генераторов стабильных СВЧ колебаний малой мощности в диапазоне

300..              .2000 ГГц.

IV.                           Список литературы

[1]  Аксенчик А. В., Кураев А. А., Еремка В. Д. Моделирование орботронов-клистронов – генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн // Материалы 15-ой Международной Крымской микроволновой конференции КрыМиК’о, 12-16 сент. 2005, -2005. -С. 252-253.

[2]  АксенчикА. В., Кураев А. А. Многопучковые орботроны- клистроны // ЭВ и ЭС, -2005. -Т.10.-№ 4. -С.45-49.

[3]  Аксенчик А. В., Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ с дискретным взаимодействием (теория и оптимизация). – Мн: Вестпринт, 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@bsuir.unlbel.by

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 2.6 … 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 и„.

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 = 0.01 cm, beam radius r=0.005 cm, slot length d=0.01 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.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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