РАСШИРЕНИЕ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ ГЕНЕРАЦИИ В ГДИ С ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКОЙ ТИПА ЦСР

January 16, 2013 by admin Комментировать »

Корнеенков В. К., Цвык А. И. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Академика Проскуры, д. 12, г. Харьков, 61085, Украина тел.: 38(057)7203-548, e-mail: tsvyk@ire.kharkov.ua

Аннотация – Экспериментально показана возможность повышения выходной мощности и расширения диапазона частот генерации в ГДИ с дифракционной решеткой в виде неоднородной цепочки связанных полуволновых резонаторов (ЦСР) миллиметрового диапазона (70-92 ГГц).

I.                                       Введение

Для повышения выходной мощности ГДИ перспективно использовать дифракционные решетки типа ЦСР [1-3]. В работе [1] исследуются ГДИ (ЦСР) с однородной цепочкой связанных прямоугольных ВОЛНОВОДНЫХ резонаторов, которая образуется двумя повернутыми друг к другу четверть волновыми отражательными дифракционными решетками («гребенками»), разделенными тонким Δ каналом ДЛЯ пропускания электронного потока (ЭП); по сравнению с классическими ГДИ (с одной четверть волновой решеткой [2]) выходная мощность в ГДИ (ЦСР) на отдельных частотах увеличивается более чем в два раза, однако этот генератор имеет узкий диапазон частот генерации. Поэтому актуальной задачей ДЛЯ ГДИ (ЦСР) является исследование возможностей увеличения диапазона частот генерации с сохранением ВЫСОКИХ значений выходной мощности. Предполагается, что эту задачу можно решить путем изменения параметров отдельных резонаторов в ЦСР (неоднородная решетка типа ЦСР). В работе [3] исследуется ГДИ (ЦСР) восьми миллиметрового диапазона с неоднородной дифракционной решетки, которая образуется при плавном сужении канала Δ в направлении движения ЭП (в результате изменяется коэффициент СВЯЗИ, геометрические параметры и частота отдельных резонаторов решетки); обнаружено уменьшение пускового тока, увеличение выходной МОЩНОСТИ И ряд других явлений, но не достаточно ПОЛНО изучен диапазона частот генерации.

В данной работе показано, что применение в ГДИ (ЦСР) неоднородной решетки со сходящимся каналом Δ позволяет не только увеличить выходную МОЩНОСТЬ, НО И существенно расширить диапазон частот генерации. Исследования проводятся в четырех миллиметровом диапазоне длин волн.

II.                              Основная часть

Создан И исследован лабораторный макет ГДИ (ЦСР) 4-х мм диапазона длин волн с неоднородной дифракционной решеткой [3]. В ГДИ используется полуконфокальный ОР с параметрами: верхнее зеркало – подвижное, имеет в центре щель связи 0,15×3,6 мм (переходящая в стандартный волновод сечением 1,8×36 мм), радиус кривизны зеркала R=110mm, диаметр апертуры 27 мм со срезом сегментов ДО 24 мм В направлении движения электронного потока; нижнее зеркало – плоское (размеры – 27×24 мм^) В центре зеркала в специальном пазе размещается дифракционная решетки типа ЦСР (со сходящимся каналом А для ленточного ЭП (размеры канала: Δι =0,16мм – СО стороны пушки; Δ2=0,08μμ – со стороны коллектора).. Используется тонкий электронный ПОТОК сечением 0,12хЗ,8мм^, который движется в продольном фокусирующем магнитостатическом поле, создаваемым электромагнитом.

Исследованы энергетические и частотные характеристики генератора. Установлено, что ГДИ (ЦСР) с однородной решеткой (Δι=Δ2=0,16μμ) работает в узком диапазоне частот (72-76) ГГц с максимальной ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ ДО 10Вт. При ПОСТОЯННОМ значении Δι И уменьшении Δ2 в пространстве взаимодействия ГДИ образуется неоднородная ЦСР (со СХОДЯЩИМСЯ каналом Δ), при этом наблюдается увеличение ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ И расширение диапазона частот генерации. В частности, на рис.1 показан спектр частот исследуемого ГДИ (ЦСР) с неоднородной решеткой (Δι=0,16μμ; Δ2=0,08μμ), который возбуждается В генераторе при изменении расстояния между зеркалами ОР и ускоряющего напряжения (комбинированная перестройка частоты ГДИ). В ОР генератора преимущественно возбуждается два типа колебания – основной ТЕМооз (с одним пятном поля на решетке) и высший тип колебания ТЕМюз (два пятна ПОЛЯ на решетке). Генератор работает в широком диапазоне частот (70 – 92) ГГц при изменении ускоряющего напряжения от 2,8 кВ до 4,5 кВ, где явно выделяется две полосы частот: основная – (70- 79) ГГц И коротковолновая часть диапазона – (85-92) ГГц; В области основной полосы в узком диапазоне частот (72-76) ГГц работает ГДИ (ЦСР) с однородной решеткой (Δι=Δ2=0,16μμ), однако в диапазоне частот между полосами (80-84ГГц) генератор имеет повышенное значение пускового тока.

Рис. 1. Комбинированная перестройка частоты ГДИ (ЦСР) с неоднородной дифракционной решеткой.

Fig. 1. Combined frequency tuning of DRO (CCR) with non-uniform diffraction grating

Исследовано влияние фокусирующего магнитного ПОЛЯ И величины электронного тока на выходную МОЩНОСТЬ ГДИ (ЦСР) с неоднородной решеткой; зависимости имеют такой же вид, как и в работе [3]. В частности, на рис.2а, 6 показаны зависимости выходной МОЩНОСТИ генератора от магнитного поля в случаях возбуждения в резонаторе: а – основного типа колебания (ТЕМооз) при токах /= 72mA и /= ЮОтА;

б-   высшего типа колебания ТЕМюз, возбуждаемого при разных ускоряющих напряжениях. Из графиков видно, ЧТО стартовое значение фокусирующего магнитного поля в генераторе примерно составляет 2,5кЭ; с увеличением магнитного поля выходная МОЩНОСТЬ нарастает до максимального значения («насыщения»), которое достигается при более высоких значениях магнитного поля, чем в [3].

Рис. 2. Зависимости выходной мощности ГДИ (ЦСР) от магнитного поля в случаях возбуждения в ОР основного (а) и высшего (б) типов колебания.

Fig. 2. DRO (OCR) output power vs magnetic field at (a) fundamental and (b) high-order mode excitation

Ha рис.З показаны зависимости выходной мощности генератора от электронного тока при возбуждении колебаний на частотах f= 75,4 ГГц (кривая обозначена точками) и f = 73,5 ГГц (крестики); минимальное значение пускового тока примерно составляет 30 ппА, а выходная МОЩНОСТЬ генератора достигает 10 Вт при токе/= 120-130 ппА.

Рис. 3. Зависимости выходной мощности ГДИ (ЦСР) от тока для f =75,4 ГГц (точки) и f= 73,5 ГГц (крестики).

Fig. 3. DRO (OCR) output power vs current at f = 75.4 GHz (dots) and 73.5 GHz (crosses)

Установлена возможность повышения выходной МОЩНОСТИ и расширения диапазона частот генерации в ГДИ с неоднородной дифракционной решеткой, образованной цепочкой связанных полуволновых резонаторов со сходящимся каналом для электронного потока. Полученные результаты указывают на возможности создания широкополосных приборов типа ГДИ с повышенной мощностью выходного сигнала.

IV.                          Список литературы

[1]  СкрынникБ. К., Корнеенков В. К.. Достижения дифракционной электроники. Успехи современной радиоэлектроники, сер.Эр. 2000, № 10, с.45-57.

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

[3]  Корнеенков В. К, ЦвыкА. И. ГДИ с наростающим полем в пространстве взаимодействия типа ЦСР. В кн.: 15-я Междун. конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо 2005), с.259-260.

EXTENDING OF GENERATION FREQUENCY BANDWIDTH OF THE DRO WITH A CCR-TYPE DIFFRACTION GRATING

V. K. Korneyenkov, A. I. Tsvyk The A. Ya. Usil<ov»s IRE NAS of Ukraine 12, Ak. Proskury str, Kharkov, 61085, Ukraine

Abstract – A possibility has been experimentally shown for increasing output power and extending the generation frequency bandwidth of the DRO when the diffraction grating is like a non-uniform chain of coupled millimeter-wave (70- 92 GHz) half-wavelength resonators (CCR).

I.                                         Introduction

Although diffraction gratings like a chain of coupled halfwavelength resonators (CCR) are promising for generating DRO output power, BRO (CCR) generation frequency bandwidth is narrow [1-3].

In the present work, a possibility is experimentally shown for substantial extending the DRO (CCR) frequency bandwidth in the case of non-uniform CCR-type diffraction grating. Wave modes in the 70-92 GHz generation bandwidth have been obtained and examined.

II.                                        Main Part

A 4-mm DRO has been prototyped. The DRO interaction space is formed by non-uniform chain of waveguide coupled resonators (CCR) including two plane waveguide gratings separated by converging channel. In the 70-92 GHz region (see Fig.1), high output power in CW mode (Figs.2 and 3) has been achieved. DRO with uniform CCR grating covers only 72- 76 GHz band.

ill. Conclusion

A possibility has been experimentally shown for production of broadband DRO (CCR) devices with increased output signal power.

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