ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВУХКАСКАДНОГО ОРБОТРОНА ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕРЕГУЛЯРНОЙ ГРЕБЕНКИ

January 1, 2013 by admin Комментировать »

Гуревич А. В., Кураев А. А., Синицын А. К. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 6, ул. П. Бровки, г. Минск, 220600, Республика Беларусь e-mail:sinitsyn@bsuir. unibel. by

Аннотация – С помощью компьютерного моделирования исследовано влияние нерегулярности гребенки на свойства двухкаскадных орботронов – усилителей, а также умножителей частоты электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона.

I.                                       Введение

в работе [1] было показано, что использование в орботроне [3] сдвоенной гребенки, образующей ряд поперечно к пучку расположенных резонатров позволяет создать перспективную двухкаскадную схему усилителя с фокусирующими зеркалами по разные стороны гребенок. При этом дифракционные щели системы автономных полуволновых резонаторов с Ηι 01-модой в первом каскаде открыты с одной стороны, а во втором – с другой, и обеспечивают эффективную связь с объемной волной по магнитному полю, как показано на Рис. 1.

Отметим, что ширина ленточного пучка определяется высотой (по х) гребенки. Если глубину ее канавок (перпендикулярную к плоскости рисунка) выбрать несколько больше λ!А (т. е. ширина полуволнового резонатора близка к критической), то ширину ленты ЭП можно сделать весьма большой, ограниченной лишь размерами резонатора. Для увеличения мощности реализуется многопучковая конструкция, в которой используется несколько параллельно расположенных гребенок [3].

В [1] были найдены 4 базовых варианта таких орботронов – усилителей и умножителей с регулярной гребенкой.

В настоящем докпаде представлены результаты поиска на основе компьютерного моделирования возможностей повышения эффективности такой схемы за счет использования гребенки с нерегулярным шагом.

II.                              Основная часть

Таблица 1. Table 1.

Вариант

к

КПДр[1]

КПДн

Ку,

дБ

1 ,А

А,

мм

21, мм

d\,

мм

d\

, мм

Л^2

^2.

мм

22,

мм

4,

мм

, мм

А

1

32%

69%

15

0,717

19

18,07

+ 1,8

0,86

1,04

7

4,73

3,05

0,89

0,47

В

2

17%

20 %

15

0,127

19

19,0

-3,7

0,97

1,03

14

6,49

3,26

0,5

0,43

С

2

13%

19 %

10

0,269

19

19,12

+3,2

1,00

1,02

7

6,52

4,25

0,97

0,89

D

4

2%

2,6%

10

0,182

7

6,97

0,82

1,00

0,99

7

3,43

1,59

0,505

0,475

Для расчетов использовалась математическая модель [1,2]. В Таблице 1 представлены сравнительные результаты для орботронов с регулярной и нерегулярной гребенкой. Здесь к – коэффициент умножения частоты, КПД р и КПД н – достигнутые КПД с регулярной и нерегулярной гребенками соответственно, Ку – коэффициент усиления, / [А] – ток. Для 1- го и 2-го каскадов: Ή – число ламелей, L – длина ЗС каскада, Ζ – положение (координата) центра каска1         Ν-\

да (см. рис. 1), d \Ad – шаг гребенки в ее начале и

конце (нижний индекс означает номер каскада). Численные значения всех параметров, следующих за КПД, приведены для нерегулярной гребенки. Прочие параметры выбраны такими же, как в [1].

Рис.1. Схема дв)п<1саскадного орботрона Fig.1. Schema Gf two-stage orbotrons

Здесь: 1 – сферические зеркала, 2 – плоские зеркала со lllJeлями связи с фебенкой, 3,4 – фебенки 1 – го и 2-го каскадов, 5,6 – lllJeли связи 1-го и 2-го каскадов, 7,8 – распределение поля вдоль оси X в 1-ом и 2-ом каскадах соответственно (сплошная линия – электрическое поле, пунктирная – магнитное), 9 – распределение поля вдоль оси Z, 10 – лента пучка (расположенная в плоскости рисунка).

Длина волны сигнала в первом каскаде Х^=8 мм,

нагруженная добротность Qfj 2 =5000, ускоряющее напряжение и=4кВ, ширина канала в ЗС – сдвоенной гребенке для ленточного электронного потока (ЭП) 0,2 мм при толщине 0,15 мм ленты ЭП.

На Рис.2 А)-В) приведены амплитудные характеристики усилителя (А) и умножителя (вариант В). Заметим, что для всех 3 вариантов умножителя амплитудные характеристики качественно схожи с рассмотренными в [1 ] и друг с другом.

Рис. 2. Зависимость КПД 2-го каскада от амплитуды поля в 1-м каскаде. Fig. 2. The dependence of the 2^^’ stage efficiency upon the field in the f‘ stage

Анализ результатов показывает, что за счет оптимального подбора нерегулярности гребенки эффективность усилителя можно увеличить практически вдвое. При этом существенным является не только КПД сам по себе, но и вид амплитудной характеристики. На амплитудной характеристике возможны участки бистабильности (А). Для умножителей же этот способ оказывается менее эффективен. Причина в том, что только при большом КПД становится существенным замедление электронов по мере пролета вдоль гребенки. А на высших гармониках КПД невелик из-за низкого качества группировки.

III.                                  Заключение

Показана возможность значительного улучшения характеристик двухкаскадных орботронов – усилителей за счет использования неоднородной гребенки.

Показано, что для умножителей частоты относительный эффект повышения КПД за счет неоднородности гребенки незначителен.

IV.                           Список литературы

[1]  гуревич А. В., Еремка В. Д., Синицын А. К. Двухкаскадный орботрон миллиметрового диапазона как усилитель и умножитель частоты // Материалы 15-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005), 2005.

[2]  Еремка В. Д., Кравченко В. Ф., Кураев А. А., Пусто- войт В. И., Синицын А. К. Атомарные функции в задаче оптимизации по КПД двухпучкового оротрона с нерегулярной сдвоенной гребенкой // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2000,

№ 3, с. 58-62.

[3]  Еремка В. Д., Кураев А. А.„ Синицын А. К.. Орботроны – многопучковые генераторы мм и субмм волн // Материалы 14-й Международной Крымской конференции «СВЧ- техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМи- Ко’2004), 2004, с. 199-202.

INCREASE OF THE TWO-STAGE ORBOTRON EFFICIENCY DUE TO USE OF THE IRREGULAR COMB

Gurevich A. V., Kuraev A. A., Sinitsyn A. K.

Belarusian State University of informatics and Radioeiectronics

6,        P. BrovkI Str, Minsk, 220027, Republic of Belarus

Abstract – With the help of computer modelling the irregularity influence of a comb upon properties of two-cascade or- botrons-amplifiers, and also frequency multipliers of electromagnetic fluctuations of a millimeter range is investigated.

I.                                      Introduction

In paper [1] shows the use of the [3] dual combs in orbotrons forming a cross-sectional line to a bunch of located resonators, which allows creating the perspective two-cascade circuit of the amplifier with focusing mirrors on the different sides of combs.

II.                                     The Basic Part

Table 1 presents comparative results for orbotrons with a regular and an irregular comb. Amplitude characteristics of the amplifier (variant A) and the multiplier (variant B) are shown on Fig. 2.

The analysis of results shows that due to optimum selection of a comb irregularity efficiency of the amplifier can be increased practically twice. For frequency multipliers the relative effect of efficiency increase due to the irregular comb is insignificant.

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