Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона

Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона

Приведены результаты исследований возможности расширения полосы непрерывной перестройки частоты в рабочем диапазоне клинотрона. Наиболее предпочтительным способом является оптимизация полости резонатора поверхностной волны прибора. Изменяя расстояние между замедляющей системой и противоположной стен...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2009
Автори: Чумак, В.Г., Паньков, С.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2009
Назва видання:Радіофізика та електроніка
Теми:
Вакуумная и твердотельная электроника
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105732
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона / В.Г. Чумак, С.В. Паньков // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 88-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-105732
record_format dspace
spelling irk-123456789-1057322016-09-08T03:02:41Z Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона Чумак, В.Г. Паньков, С.В. Вакуумная и твердотельная электроника Приведены результаты исследований возможности расширения полосы непрерывной перестройки частоты в рабочем диапазоне клинотрона. Наиболее предпочтительным способом является оптимизация полости резонатора поверхностной волны прибора. Изменяя расстояние между замедляющей системой и противоположной стенкой в резонаторе, можно обеспечить непрерывную полосу перестройки до 20–25 %. Наведено результати досліджень для потенційного розширення смуги безперервного перестроювання частоти у робочому діапазоні клінотрона. Кращим засобом є вибір порожнини резонатора поверхневої хвилі приладу. Змінюючи відстань між системою, що сповільнює, і протилежною стінкою у резонаторі, можливо забезпечити безперервне перестроювання до 20–25 %. In this paper possibilities of the extension of the continuous frequency tuning bandwidth in the clinotron operating frequency range are studied. The most attractive approach is optimization of the geometry of the slow-wave oscillatory system of the tube. It is shown that by means of the distance variation between the slow-wave structure and the opposite cavity wall it is possible to provide the continuous frequency tuning bandwidth up to 20–25 %. 2009 Article Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона / В.Г. Чумак, С.В. Паньков // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 88-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1028-821X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105732 537.86:621.385.633.029.65 ru Радіофізика та електроніка Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Вакуумная и твердотельная электроника
Вакуумная и твердотельная электроника
spellingShingle Вакуумная и твердотельная электроника
Вакуумная и твердотельная электроника
Чумак, В.Г.
Паньков, С.В.
Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
Радіофізика та електроніка
description Приведены результаты исследований возможности расширения полосы непрерывной перестройки частоты в рабочем диапазоне клинотрона. Наиболее предпочтительным способом является оптимизация полости резонатора поверхностной волны прибора. Изменяя расстояние между замедляющей системой и противоположной стенкой в резонаторе, можно обеспечить непрерывную полосу перестройки до 20–25 %.
format Article
author Чумак, В.Г.
Паньков, С.В.
author_facet Чумак, В.Г.
Паньков, С.В.
author_sort Чумак, В.Г.
title Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
title_short Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
title_full Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
title_fullStr Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
title_full_unstemmed Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
title_sort экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона
publisher Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
publishDate 2009
topic_facet Вакуумная и твердотельная электроника
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105732
citation_txt Экспериментальные исследования возможности расширения непрерывной полосы электрической перестройки частоты в клинотроне миллиметрового диапазона / В.Г. Чумак, С.В. Паньков // Радіофізика та електроніка. — 2009. — Т. 14, № 1. — С. 88-92. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Радіофізика та електроніка
work_keys_str_mv AT čumakvg éksperimentalʹnyeissledovaniâvozmožnostirasšireniânepreryvnojpolosyélektričeskojperestrojkičastotyvklinotronemillimetrovogodiapazona
AT panʹkovsv éksperimentalʹnyeissledovaniâvozmožnostirasšireniânepreryvnojpolosyélektričeskojperestrojkičastotyvklinotronemillimetrovogodiapazona
first_indexed 2025-07-07T17:18:22Z
last_indexed 2025-07-07T17:18:22Z
_version_ 1837009420686458880
fulltext __________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 14, № 1, 2009, с. 88-92 ИРЭ НАН Украины, 2009 УДК 537.86:621.385.633.029.65 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОЛОСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ В КЛИНОТРОНЕ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА В. Г. Чумак, С. В. Паньков Радиоастрономический институт НАН Украины 4, ул. Краснознаменная, Харьков, 61002,Украина E-mail: pishko@rian.kharkov.ua Приведены результаты исследований возможности расширения полосы непрерывной перестройки частоты в рабочем диапазоне клинотрона. Наиболее предпочтительным способом является оптимизация полости резонатора поверхностной волны прибора. Изменяя расстояние между замедляющей системой и противоположной стенкой в резонаторе, можно обеспечить непре- рывную полосу перестройки до 20–25 %. Ил. 5. Библиогр.: 9 назв. Ключевые слова: клинотрон, миллиметровый диапазон, вакуумные приборы, полоса перестройки частоты. Клинотрон представляет собой модифи- кацию лампы обратной волны (ЛОВ) миллимет- рового (мм) и субмиллиметрового (субмм) диапа- зонов длин волн [1]. В настоящее время имеется большое количество опубликованных работ, посвящен- ных расчету основных характеристик клинотро- на и ЛОВ О-типа [2–7]. Тем не менее, эти рабо- ты не могут охватить всего многообразия задач, встречающихся в практике разработки прибора. Поэтому для разработки клинотронов, как и дру- гих приборов СВЧ, большое значение имеют экспериментальные методы определения от- дельных характеристик. Одной из таких характеристик, которую можно не только определять, но и моделировать с помощью эксперимента, является полоса непре- рывной электрической перестройки частоты, ко- торую, как правило, стараются обеспечить более широкой с сохранением основных параметров. В частности, о полосе перестройки СВЧ прибора по частоте судят по данным «холодных» измерений. Клинотрон является резонансным прибором, так как не имеет элементов согласования на концах замедляющей системы (ЗС), однако за счет по- терь в ней он обладает достаточно широкой поло- сой электрической перестройки. В случае боль- ших отражений может наблюдаться срыв генера- ции, который нельзя устранить улучшением ус- ловий взаимодействия пучка с электромагнитным полем ЗС (увеличением плотности тока, напря- женности магнитного поля и т. д.). Как показыва- ет практика, частотная характеристика без разры- вов в широкополосной ЛОВ наблюдается при значениях коэффициента стоячей волны по на- пряжению (КСВН) в выходном волноводе ≤ 2 [2]. В клинотроне при КСВН 3 удается получить полосу перестройки приборов 10 15 % без раз- рывов частотной характеристики при повышен- ном уровне выходной мощности и стабильности частоты. При КСВН 3 в частотной характери- стике клинотрона появляются разрывы [3], что ограничивает использование приборов. Величину КСВН можно измерить в вы- ходном волноводе уже собранного прибора и по этим измерениям прогнозировать ширину полосы перестройки и ее непрерывность. Данная работа посвящена выяснению возможности расширения полосы непрерывной перестройки частоты клинотрона за счет некото- рых изменений конструкции прибора. Первый ва- риант предполагает применение настроечного поршня в конструкции вывода СВЧ энергии, вто- рой вариант – моделирование полости резонатора поверхностной волны прибора за счет изменения расстояния между ЗС и противоположной стенкой при неизменной длине. 1. Влияние настроечного поршня на полосу электрической перестройки частоты клинотрона. Возможность расширения непре- рывной полосы перестройки прибора исследова- лась путем согласования вывода энергии из про- странства взаимодействия с помощью настроеч- ного поршня, который применяется в некоторых конструкциях генераторов типа ЛОВ при отсут- ствии согласованной поглощающей нагрузки на коллекторном конце ЗС [2]. На рис. 1 показана схема макета клино- трона с настроечным поршнем. Рис. 1. Схема макета клинотрона с настроечным поршнем: 1 – ЗС; 2 – электронная пушка; 3 – вывод энергии; 4 – выходной волновод; 5 – настроечный поршень; 6 – резонаторная камера /2 /4 0 mailto:pishko@rian.kharkov.ua В. Г. Чумак, С. В. Паньков / Экспериментальные исследования возможности… _________________________________________________________________________________________________________________ 89 Гребенчатая ЗС (шаг 0,45 мм, глубина щели 1,02 мм) 1 установлена в волноводе шири- ной 5 мм. Электронная пушка 2 располагается слева от системы. Вывод энергии осуществляется в перпендикулярном электронному потоку на- правлении с последующим поворотом на 90 так, что выходной волновод 4 расположен параллель- но ЗС, между отверстием вывода энергии 3 и корпусом прибора находится резонаторная каме- ра 6 с настроечным поршнем 5. Характер изменения КСВН в выходном волноводе для макета клинотрона, схема которо- го показана на рис. 1, исследовался с помощью панорамного измерителя КСВН типа Р2–69 в час- тотном диапазоне 53,3–65 ГГц. Зависимости КСВН от частоты f для исследуемого макета при- ведены на рис. 2. На рис. 2, а показан характер изменения КСВН (f) в рабочем диапазоне для случая, когда настроечный поршень расположен в начале резонаторной камеры. На рис. 2, б, в представлены аналогичные зависимости при рас- положении поршня на расстояние /2 и /4 от начала резонаторной камеры соответственно, здесь = c/f – длина волны в центре полосы рабо- чих частот. Из рис. 2 видно, что в диапазоне измере- ний значения КСВН очень велики для всех поло- жений настроечного поршня, и лишь на отдель- ных небольших участках значения КСВН 3. В работе [3] было показано, что для непрерывной работы прибора необходимо обеспечить в полосе генерации КСВН 3, поэтому очевидно, что в частотной характеристике данного прибора будут наблюдаться разрывы. Влияние настроечного поршня проявляется в том, что в низкочастотной области диапазона измерений также есть участки, на которых КСВН 3. Предположительно, что при настроечном поршне, расположенном на рас- стоянии /2 (рис. 2, б), возбуждение колебаний возможно на более низких частотах, чем при дру- гих положениях поршня (рис. 2, а, в). В высоко- частотной области измерений зависимость КСВН (f ) практически не изменяется от положе- ния настроечного поршня. Эти выводы подтвердились при измере- нии частотной характеристики клинотрона. На рис. 3 приведены результаты измерений частот- ных характеристик f (U ) клинотрона для различ- ных положений настроечного поршня в диапазо- не от 54 до 63 ГГц при ускоряющих напряжениях U = 2000 5500 В. Кривая, помеченная (○), соответствует положению настроечного поршня в начале резо- наторной камеры, а кривая с точками ( ) – на рас- стоянии /2 от ее начала. В обоих случаях на- глядно проявляется резонансный характер работы прибора, т. е. он возбуждается на коротких час- тотных отрезках, «полочках», во всем диапазоне ускоряющих напряжений. а) б) в) Рис. 2. КСВН (f): а) – поршень расположен в начале резона- торной камеры; б) – на расстоянии /2; в) – на расстоянии /4 (пунктирная линия отмечает уровень КСВН = 3) Влияние настроечного поршня проявля- ется только в низкочастотной области работы прибора, в высокочастотной области «полочки» располагаются практически на одной образую- щей. Как и предполагалось выше, при настроеч- ном поршне, расположенном на расстоянии /2 /2 /2 0 52 54 56 58 60 62 64 f, ГГц 52 54 56 58 60 62 64 f, ГГц 52 54 56 58 60 62 64 f, ГГц 14 12 10 8 6 4 2 0 14 12 10 8 6 4 2 0 14 12 10 8 6 4 2 0 К С В Н К С В Н К С В Н В. Г. Чумак, С. В. Паньков / Экспериментальные исследования возможности… _________________________________________________________________________________________________________________ 90 от начала камеры, частотный диапазон возбуж- даемых колебаний расширяется в низкочастот- ную область работы прибора с разрывами по частоте. Рис. 3. Частотные характеристики клинотрона с настроечным поршнем в рабочем диапазоне частот f = 54 63 ГГц при уско- ряющих напряжениях U = 2000 5500 В 2. Влияние расстояния между ЗС и противоположной стенкой резонатора на поло- су электрической перестройки частоты клино- трона. Возможность расширения непрерывной полосы перестройки прибора исследовалась пу- тем моделирования полости резонатора поверх- ностной волны при изменении расстояния между ЗС и противоположной стенкой в диапазоне 53,3 78,3 ГГц с использованием панорамного измерителя КСВН. К волноводному измерительному тракту прибора Р2–69 в режиме панорамного измерения КСВН подключался макет клинотрона, схемати- чески представленный на рис. 4. Рис. 4. Схема макета клинотрона: 1 – ЗС; 2 – перемещающаяся стенка; 3 – выходное устройство; 4 – электронная пушка Гребенчатая ЗС (шаг 0,45 мм, глубина щели 1,02 мм) 1 установлена в волноводе шири- ной 2,5 мм. Для определения оптимального по- ложения стенка 2 резонатора могла перемещаться перпендикулярно относительно гребенки на рас- стояние D. В макете клинотрона использовано, как и в работе [1], широкополосное и согласован- ное с гребенкой выходное устройство 3 с конус- ным выходным волноводом (3,6 1,0) мм 2 и по- следующим переходом на стандартное сечение (3,6 1,8) мм 2 . Слева от ЗС располагалась элек- тронная пушка 4. На рис. 5 представлены зависимости КСВН (f) при перемещении стенки резонатора на расстояние D. Обычно в разрабатываемых клино- тронах принималось D 0,4 мм [1]. При таком расстоянии обеспечивалась непрерывная полоса перестройки 10–15 %. На рис. 5, а показана эта зависимость для размещения стенки на расстоянии D = 0,4 мм. Не- значительное смещение стенки в сторону увели- чения D = 0,65 мм (рис. 5, б) не вносит заметного изменения в характер зависимости КСВН (f) и не влияет на его величину. К наиболее существен- ному результату приводит смещение стенки на расстояние примерно равное /4 (D = 1,15 мм). На рис. 5, в видно, что в этом случае 1,5 КСВН 2 в широкой области частот (около 30 %). Можно ожидать, что полоса непрерывной перестройки клинотрона расшириться до 20 25 %. Оценка добротности резонансной линии по методике, приведенной в работе [3], показала, что в этом случае добротность мод резонатора без нагрузки ЗС в исследуемом диапазоне изменяется от не- скольких десятков до сотни. Это позволит при непрерывной полосе перестройки прибора полу- чить повышенный уровень выходной мощности, КПД и стабильности частоты. На рис. 5, г приведены результаты изме- рений КСВН (f) при смещении стенки на расстоя- ние D = 2,4 мм ( /2), которые указывают на воз- можность разрывов по частоте в приборе, т. к. в некоторых частотных промежутках КСВН 3. Изменение расстояния D от 1,15 мм ( /4) до 2,4 мм ( /2), возможно, приведет к расшире- нию области возбуждения колебаний в приборе, но, вероятно так же, что при этом будут наблю- даться разрывы по частоте в рабочем диапазоне. Для сравнения по указанным в работе методикам измерены КСВН и добротность мод резонатора в ЛОВ ОВ-70 (ГНТЦ «Исток» [9]), которая имела выходную мощность порядка 20 мВт и полосу непрерывной перестройки час- тоты около 35 %. Во всем рабочем диапазоне прибора КСВН 2, чем и вызвана широкая поло- са непрерывной перестройки. Добротность воз- буждаемых мод Q = 2,4 13,9 и, вследствие этого, невысокие уровни выходной мощности. f, Г Г ц 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 2000 3000 4000 5000 6000 U, B В. Г. Чумак, С. В. Паньков / Экспериментальные исследования возможности… _________________________________________________________________________________________________________________ 91 а) б) в) г) Рис. 5. Зависимость КСВН(f) в диапазоне рабочих частот клинотрона при перемещении стенки резонатора на расстояние D, равное: а) – D = 0,4 мм; б) – D = 0,65 мм; в) – D = 1,15 мм; г) – D = 2,4 мм (пунктирная линия отмечает уровень КСВН = 3) _______________________________________________________ Выводы. Таким образом, на примере клинотрона диапазона 55–75 ГГц эксперимен- тально показано, что в клинотронах мм диапазона можно добиться существенного уменьшения КСВН в выходном волноводе в полосе частот до 30 % оптмизации геометрии полости резонатора поверхностной волны. На основании практики разработки клинотронов этот результат позволяет сделать вывод о том, что возможно расширение непрерывной полосы электрической перестройки частоты клинотронов мм диапазона до 20–25 % за счет изменения конструкции прибора, предпола- гающего увеличение расстояния до противопо- ложной стенки резонатора. Проведенные исследования показали также, что использование настроечного поршня с целью расширения полосы непрерывной пере- стройки частоты клинотрона не дали положи- тельных результатов. 1. Левин Г. Я., Бородкин А. И., Кириченко П. Я. и др. Клино- трон / Под ред. А. Я. Усикова. – Киев: Наук. думка, 1992. – 200 с. 2. Альтшулер Ю. Г., Татаренко А. С. Лампы малой мощно- сти с обратной волной. – М.: Сов. радио, 1963. – 296 с. 3. Лысенко Е. Е., Пишко О. Ф., Чумак В. Г., Чурилова С. А. Добротность резонансной линии клинотронов миллимет- рового диапазона // Радиофизика и радиоастрономия. – 2001. – 6, №4. – С. 317–322. 4. Парилов В. А. Расчет параметров резонансной ЛОВ // Электрон. техника. Сер. 1. Электрон. СВЧ. – 1966. – № 8. – С. 20–38. 5. Schunemann K., Vavriv D. Theory of the Clinotron: A Grating Backward-Wave Oscillator with Inclined Electron Beam. // IEEE Trans. Electron Devices. – 1999. – 46, no. 11. – P. 2245– 2252. 6. Пишко О. Ф., Чурилова С. А. Моделирование пространст- ва взаимодействия в клинотронах миллиметровых и суб- миллиметровых длин волн. // Успехи совр. радиоэлек- трон. Зарубеж. радиоэлектрон. – 2004. – № 1. – С. 10–19. 7. Кириченко А. Я. Пути улучшения выходных параметров ЛОВО, использующих электронные потоки конечной толщины // Х Всесоюз. конф. «Электроника СВЧ»: Тез. докл. – Минск: Радиотехнический ин-т АН БССР, 1983. – Т. 1. – С. 101–102. 8. Ефимов Б. П., Кириченко А. Я., Бужинский А. П. Экспе- риментальное исследование влияния отражений на час- тотные характеристики ЛОВ миллиметрового диапазона // Тр. Ин-та радиофизики и электрон. АН УССР. – 1967. – 15. – С. 141–157. 9. www.istok-mw.ru/products/unf/products 5_1.htm 14 12 10 8 6 4 2 0 52 54 56 58 60 62 64 66 67 70 72 74 76 f, ГГц 14 12 10 8 6 4 2 0 14 12 10 8 6 4 2 0 14 12 10 8 6 4 2 0 К С В Н К С В Н К С В Н К С В Н 52 54 56 58 60 62 64 66 67 70 72 74 76 f, ГГц 52 54 56 58 60 62 64 66 67 70 72 74 76 f, ГГц 52 54 56 58 60 62 64 66 67 70 72 74 76 f, ГГц http://www.istok-mw.ru/products/unf/products%205_1.htm В. Г. Чумак, С. В. Паньков / Экспериментальные исследования возможности… _________________________________________________________________________________________________________________ 92 EXPANDING OPPORTUNITIES FOR CONTINUOUS BAND OF ELECTRICAL FREQUENCY CHANGE IN CLINOTRON: EXPERIMENTAL INVESTIGATION V. G. Chumak, S. V. Pankov In this paper possibilities of the extension of the con- tinuous frequency tuning bandwidth in the clinotron operating frequency range are studied. The most attractive approach is optimization of the geometry of the slow-wave oscillatory sys- tem of the tube. It is shown that by means of the distance varia- tion between the slow-wave structure and the opposite cavity wall it is possible to provide the continuous frequency tuning bandwidth up to 20–25 %. Key words: clinotron, millimeter range, vacuum devices, frequency tuning bandwidth. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕНЯ МОЖЛИВОСТІ РОЗШИРЕННЯ НЕПЕРЕРВНОЇ СМУГИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПЕРЕБУДОВИ ЧАСТОТИ В КЛІНОТРОНІ МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ В. Г. Чумак, С. В. Паньков Наведено результати досліджень для потенційного розширення смуги безперервного перестроювання частоти у робочому діапазоні клінотрона. Кращим засобом є вибір по- рожнини резонатора поверхневої хвилі приладу. Змінюючи відстань між системою, що сповільнює, і протилежною стін- кою у резонаторі, можливо забезпечити безперервне пере- строювання до 20–25 %. Ключові слова: клінотрон, міліметровий діапазон, вакуумні прилади, смуга перестроювання частоти. Рукопись поступила 18 ноября 2008 г.

Схожі ресурси