Электронно-оптическая система мощного клистрона с распределенным взаимодействием миллиметрового диапазона. Аннотация.

ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 6
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.6.3

УДК 621.385.624

ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МОЩНОГО КЛИСТРОНА С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

В. Е. Родякин ¹, В. М. Пикунов ¹, В. Н. Аксенов ^1,2

¹Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН - филиал Федерального государственного учреждения «Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук»,

140700, Московская область, г. Шатура, Святоозерская, 1

²Физический факультет и международный Лазерный центр МГУ им.М.В.Ломоносова,
119991, Москва, Ленинские горы, 1

Статья поступила в редакцию 23 мая 2020 г.

Аннотация. Представлены результаты теоретического исследования электронно-оптической системы мощного многорезонаторного клистрона с распределенным взаимодействием (КРВ) на частоту 95ГГц. Численные исследования проводились с использованием программного комплекса PARS. В результате исследований и оптимизации параметров была разработана конструкция электронно-оптической системы клистрона, обеспечивающая формирование плотного трубчатого электронного потока силой тока 1.8 А, его дальнейшую транспортировку через систему взаимодействия прибора с коэффициентом токопрохождения 99% с учетом теплового разброса скоростей электронов на катоде и торможение в двухступенчатом коллекторе с пониженным потенциалом с эффективностью рекуперации 73% в статическом режиме с учетом вторичных электронов.

Ключевые слова: электронный пучок, клистрон с распределенным взаимодействием, электронная пушка, коллектор с пониженным потенциалом, комплекс программ «PARS», фокусирующее магнитное поле.

Abstract. We present the results of theoretical analysis of electron optical system of the high power W-band extended interaction klystron. The computer code PARS is used for numerical simulation. As result of optimization, the design of Piers type electron gun, magnetic focusing system and depressed collector have been developed. Electron gun has high beam current density convergence factor 100 and gives electron beam current 1.8 A. Magnetic focusing system provides 99% beam current transmission through klystron interaction region with taking into account of thermal distributions of transverse energy of emitted electrons. Double-stage depressed collector shows beam energy recovery efficiency 72% in static regime with taking into account of secondary electron emission from collector’s walls.

Key words: computer code PARS, electron beam, electron gun, depressed klystron, collector, focusing magnetic field, beam optics, secondary electron emission.

Литература

1.     Srivastava A. Microfabricated Terahertz Vacuum Electron Devices: Technology, Capabilities and Performance Overview // European Journal of Advances in Engineering and Technology. 2015. Vol.2. No.8. P.54-64.

2.     Booske J.H. Plasma physics and related challenges of millimeterwave-to-terahertz and high power microwave generation // Phys. Plasmas. 2008. Vol. 15. No.5. P.055502–055516.

3.     Pasour J. et.al. Demonstration of a Multikilowatt, Solenoidally Focused Sheet Beam Amplifier at 94 GHz. // IEEE Trans. Electron Devices. 2014. Vol. 61. No.6. P.1630.

4.     Lü S. et al. Stability analysis of a planar multiple-beam circuit forW-band high-power extended-interaction klystron // IEEE Trans. Electron Devices. 2015. Vol. 62. No.9. P.3042-3048.

5.     S. Chen S. et al. Particle-in-cell simulation and optimization of multigap extended output cavity for a W-band sheet-beam EIK // IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. Vol. 42. No.1. P.91-98.

6.     Steer B., Roitman A., Horoyski P., Hyttinen M., Dobbs R., Berry D. Advantages of Extended Interaction Klystron technology at millimeter and sub-millimeter frequencies. // 16th IEEE International Pulsed Power Conference. 2007. Albuquerque, NM, USA. P. 1049 - 1053. DOI: 10.1109/PPPS.2007.4652369

7.     Тореев А.И., Фёдоров В.К. Усилительный клистрон с распределенным взаимодействием коротковолновой части миллиметрового диапазона // Прикладная физика. 2011. № 4. С.109–114.

8.     Царев В.А., Горлин О.А., Нестеров Д.А. Многолучевой автогенератор W-диапазона с резонатором распределенного взаимодействия // Журнал радиоэлектроники. 2015. № 12. URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec15/11/text.pdf

9.     Родякин В.Е., Пикунов В.М., Аксенов В.Н. Комплекс программ для численного анализа электровакуумных приборов клистронного типа // Журнал Радиоэлектроники. 2019. №6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun19/4/text.pdf DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.4

10.     Сандалов А.Н., Родякин В.Е. Комплексная программа анализа динамики электронного потока в клистроне // Межвузовский сборник “Вопросы электронной техники”, Саратов, 1988, 15 c.

11.     Sandalov A.N., Pikunov V.M., Rodyakin V.E. Faillon G., Thaler Y. Animation of Nonlinear Electron-Wave Interaction in Klystrons. // KEK report 1/1997. P.185-194. URL: https://www.researchgate.net/publication/341600037_Animation_of_Nonlinear_Electron-Wave_Interaction_in_Klystrons

12.     Ding Y., Xiao X., Rodyakin V.E., Sandalov A.N. Theoretical and experimental investigations of the high power MBK, based on 2.5 D Arsenal - MSU Computer Code // Proc. of the 2nd ICMMWT. September 2000, Beijing, China. P.299 - 302. URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/895680

13.    Shen B., Ding Y., Sandalov A.N., Rodyakin V.E., Chashurina A.N. Computer simulation of 100KW L-band CW broadband multi-beam klystron // IVESC2004 – 5th International Vacuum Electron Sources Conference Proc. China, Beijing. 2004. P.312-314. URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1414252

14.    Shen B., Ding Y., Zhang Z. et al. Research and Development of S-Band High Power Multibeam Klystron // IEEE Tr. on Electron Devices. 2014. Vol.61. No.6. P.1848-1853. DOI: 10.1109/TED.2014.2305712

15.    Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М.: Сов. Радио. 1966. 454 с.

16.    Сандалов А.Н., Родякин В.Е. Коллекторные системы приборов СВЧ с продольным взаимодействием // Зарубежная радиоэлектроникаю. 1984. №9. С.63-76.

17.    Лопухин В.М., Родякин В.Е., Сандалов А.Н. Теоретические исследования коллекторных систем СВЧ приборов // Изв. ВУЗов, Радиоэлектроника. 1985. № 10. С.1-19. URL: https://www.researchgate.net/publication/253786613_Theoretical_study_of_collector_systems_for_microwave_devices_Review

18.    Vaughan J.R.M. A new formula for secondary emission yield // IEEE Trans. Electron Devices. 1989. Vol. 36. No.9. P.1963-1967.

Valfells A., Singh A., Kolander M.J., Granatstein V.L. Advacements in Codes for Computer Aided Design of Depressed Collectors and Tracing of Backscattered Electrons–Part II: Improvements’ in Modeling of the Physics оf Secondary Electron Emission and Backscattering // IEEE Trans. of Plasma Sci. 2002. Vol. 30. No.3. P.1271-1276. URL: kennarar.ru.is/av/BSCAT_I.pdf

19.    Белугин В.М., Васильев А.Е., Ветров В.В. Парфенова А.С., Пикунов В.М., Розанов Н.Е. Разработка и тестирование программы расчета коллекторных систем с учетом каскада вторичных электронов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. Т. 12. № 11. С. 61-68.

Для цитирования:

Родякин В.Е., Пикунов В.М., Аксенов В.Н. Электронно-оптическая система мощного клистрона с распределенным взаимодействием миллиметрового диапазона. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun20/3/text.pdf.   DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.6.3