Замедляющие системы со свойствами метаматериалов для ламп бегущей волны w-диапазона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследованы электродинамические характеристики лестничных замедляющих систем (ЗС), которые образованы металлической пластиной с периодически расположенными щелями определенной формы, помещенной в волновод. Предложены модификации лестничной ЗС, связанные с усложнением формы щелей в пластине или формы волновода таким образом, чтобы частота щелевого резонанса была ниже частоты отсечки волновода, при этом ЗС проявляет свойства дважды отрицательного метаматериала. Показано, что основная пространственная гармоника является обратной, в то время как на +1-й гармонике имеет место нормальная дисперсия и обеспечивается синхронизм пучка с волной в достаточно широкой полосе частот. Разработаны конструкции ЗС с гантелеобразными щелями и ЗС в волноводе с продольными пазами для лампы бегущей волны W-диапазона (75…110 ГГц) с относительной шириной полосы частот порядка 25% и рабочими напряжениями 8…13 кВ, в которых имеется возможность взаимодействия замедленной волны с двумя ленточными электронными пучками, распространяющимися сверху и снизу пластины.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Ростунцова

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: rostuncova@mail.ru
Россия, ул. Зеленая, 38, Саратов, 410019; ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012

Е. Е. Колесниченко

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: rostuncova@mail.ru
Россия, ул. Зеленая, 38, Саратов, 410019; ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012

Н. М. Рыскин

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН; Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: rostuncova@mail.ru
Россия, ул. Зеленая, 38, Саратов, 410019; ул. Астраханская, 83, Саратов, 410012

Список литературы

  1. Paoloni C. // IEEE Commun. Magaz. 2021. V. 59. № 5. P. 102. doi: 10.1109/MCOM.001.2000326
  2. Григорьев А.Д. Терагерцевая электроника. М.: Физматлит, 2020.
  3. Альтшулер Ю.Г., Татаренко А.С. Лампы малой мощности с обратной волной. М.: Сов. радио, 1963.
  4. Гершензон Е.М., Голант М.Б., Негирев А.А., Савельев К.С. Лампы обратной волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн / Под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Радио и связь, 1985.
  5. Duan Z., Shapiro M.A., Schamiloglu E. et al. // IEEE Trans. 2019. V. ED-66. № 1. P. 207. doi: 10.1109/TED.2018.2878242
  6. Hummelt J.S., Lewis S.M., Shapiro M.A., Temkin R.J. // IEEE Trans. 2014. V. PS-42. № 4. P. 930. doi: 10.1109/TPS.2014.2309597
  7. Hummelt J. S., Lu X., Xu H. et al. // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 117. № 23. P. 237701. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.237701
  8. Lu X., Stephens J.C., Mastovsky I. et al. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. № 2. P. 023102. doi: 10.1063/1.5016545
  9. High Power Microwave Sources and Technologies Using Metamaterials / Ed. J.W. Luginsland et al. N.Y.: Wiley-IEEE Press, 2021.
  10. Jiang S., Tang X., Huang S. et al. // IEEE Trans. 2023. V. ED-70. № 3. P. 1306. doi: 10.1109/TED.2022.3233814
  11. Karp A. // Proc. IRE. 1957. V. 45. № 4. P. 496. doi: 10.1109/JRPROC.1957.278439
  12. Berry D., Deng H., Dobbs R. et al. // IEEE Trans. 2014. V. ED-61. № 6. P. 1830. doi: 10.1109/TED.2014.2302741
  13. Вендик И.Б., Вендик О.Г. // ЖТФ. 2013. Т. 83. № 1. С. 3.
  14. Yurt S.C., Elfrgani A., Fuks M.I. et al. // IEEE Trans. 2016. V. PS-44. № 8. P. 1280. doi: 10.1109/TPS.2016.2535305
  15. Catalan-Izquierdo S., Bueno-Barrachina J.-M., Cañas-Peñuelas C.-S., Cavallé-Sesé F. // Renew. Energies & Power Quality J. 2009. V. 1. № 7. P. 613. doi: 10.24084/repqj07.451
  16. Butcher P.N. // Proc. IEE. 1957. V. 104. Pt. B. № 14. P. 169. doi: 10.1049/pi-b-1.1957.0132
  17. Starodubov A.V., Galushka V.V., Ryskin N.M. et. al. // Proc. 2023 24th Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC). Chengdu 25-28 Apr. N.Y.: IEEE, 2023. Paper No. 10157320. doi: 10.1109/IVEC56627.2023.10157320
  18. Торгашов Р.А., Ножкин Д.А., Стародубов А.В., Рыскин Н.М. // РЭ. 2023. Т. 68. № 10. С. 992. doi: 10.31857/S0033849423100182

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема простейшей лестничной ЗС с прямоугольными щелями: Hx × Hy — размеры волновода, t — толщина пластины, р — период, L × l — размеры щели.

Скачать (107KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дисперсионная характеристика основной моды ЗС с прямоугольными щелями W-диапазона (1), линия скорости света (2) и линия пучка при напряжении 20 кВ (3).

Скачать (82KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пример деформации прямоугольной щели в разомкнутое кольцо при увеличении длины щели L. Суммарная длина щели определяется как L = w + 2s + 2q (w, s, q — характерные размеры прямоугольного кольца, l — толщина щели).

Скачать (80KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дисперсионные характеристики основной моды ЗС с щелями в форме разомкнутых прямоугольных колец при различной длине щели L: 1 — вырожденный случай, когда щель прямоугольная, Hx > L = 0.9; кривая 2 — Hx ≈ L = 1.0; 3 — Hx < L = 1.1; 4 — Hx < L = 1.4 ; 5 — Hx < L = 1.7; 6 — Hx < L = 2.0 (подробнее см. табл. 2); 7 — линия скорости света; 8, 9 и 10 — линии пучка при напряжениях 14, 10 и 7 кВ соответственно.

Скачать (109KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема лестничной ЗС с гантелеобразными щелями: a × b — размеры широкого «уха», w × l — размеры узкого зазора.

Скачать (101KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Дисперсионная характеристика основной моды ЗС с гантелеобразными щелями W-диапазона: точки — результаты численного моделирования, кривая 1 — теоретическая зависимость при fпл = 82 ГГц, 2 — линия скорости света, 3 и 4 — линии пучка при ускоряющих напряжениях 18 и 7.8 кВ соответственно, f1 и f2 — нижняя и верхняя частота отсечки соответственно.

Скачать (101KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема лестничной ЗС в волноводе с пазами: g × h — размеры паза.

Скачать (114KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость критической частоты Т-образного волновода fкр от глубины паза h при g = 1.1 мм (а) и от ширины паза g при h = 1.4 мм (б).

Скачать (116KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Дисперсия основной моды ЗС в волноводе с пазами, разработанной для W-диапазона (1), линия скорости света (2) и линии пучка при ускоряющих напряжениях 35 (3) и 12.7 кВ (4).

Скачать (85KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024