ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №5

Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.5.11  

УДК: 621.385

 

 

Планарный черенковский мазер W-диапазона
 с двумерно-периодической замедляющей
системой на базе ускорителя «ЭЛМИ»:
 расчетные параметры и первые эксперименты

 

А.В. Аржанников1, Н.С. Гинзбург2, В.Ю. Заславский1,2, П.В. Калинин1,
Н.Ю. Песков1,2, Е.С. Сандалов1, А.С. Сергеев2, С.Л. Синицкий1, В.Д. Степанов1

 

1Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН),
630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 11

2Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (ИПФ РАН),
603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

 

Статья поступила в редакцию 23 мая 2025 г.

 

Аннотация. Проект мощного пространственно-развитого черенковского мазера планарной геометрии W-диапазона развивается в настоящее время в сотрудничестве ИЯФ СО РАН и ИПФ РАН. Экспериментальной основой проекта служит ускорительный комплекс «ЭЛМИ», в котором формируются электронные пучки с параметрами 1 МэВ / 3 - 5 кА / 3 мкс при поперечном сечении 0.4 см × 17 см (ленточная конфигурация). Ключевым компонентом электродинамической системы генератора является замедляющая структура с двумерно-периодической гофрировкой, реализующая механизм двумерной распределенной обратной связи. В статье представлены результаты моделирования разрабатываемого генератора и данные первой серии экспериментов по его реализации, в которой зарегистрировано возбуждение мод оротронного типа. Обсуждаются подходы к подавлению этих паразитных мод и переходу в режим генерации поверхностной волны с перспективой увеличения мощности генерируемого излучения.

Ключевые слова: мощное микроволновое излучение, релятивистские черенковские мазеры, двумерная распределенная обратная связь, селекция мод в сверхразмерных генераторах.

Финансирование: Работа поддержана грантом РНФ № 23-19-00370

Автор для переписки: Песков Николай Юрьевич, peskov@ipfran.ru

Литература

1.  Arzhannikov A.V., Ginzburg N.S., Nikolaev V.S., et al. FEL driven by high current ribbon REB and operated with two dimensional feedback // Technical Digest of the 14th International FEL Conference, Kobe, Japan. – 1992. – P. 214.

2.  Гинзбург Н.С., Песков Н.Ю., Сергеев А.С. и др. Двумерная распределенная обратная связь как метод генерации мощного когерентного излучения от пространственно-развитых релятивистских электронных пучков // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. – 2020.
– Т. 28. – № 6. – С. 575-632; https://doi.org/10.18500/0869-6632-2020-28-6-575-632.

3.  Аржанников А.В., Гинзбург Н.С., Заславский В.Ю. и др. Генерация мощного узкополосного излучения 75 GHz в мазере на свободных электронах с двумерной распределенной обратной связью // Письма в ЖТФ. – 2013.– Т. 39. – № 18. – С. 8-16; https://doi.org/10.1134/S1063785013090149.

4.  Arzhannikov A.V., Thumm M.K.A., Burdakov A.V., et al. Two ways for high-power generation of subterahertz radiation by usage of strong relativistic electron beams // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2015. – V. 5. – No. 3. – P. 478-485; https://doi.org/10.1109/TTHZ.2015.2405255.

5.  Гинзбург Н. С., Заславский В.Ю., Малкин А.М. и др. Черенковские мазеры с двумерной распределенной обратной связью // Письма в ЖТФ. – 2010.– Т. 36. – № 2. – С. 77-86; https://doi.org/10.1134/S1063785010010268.

6.  Ginzburg N.S., Malkin A.M., Sergeev A.S., Zaslavsky V.Yu. Powerful surface-wave oscillators with two-dimensional periodic structures // Applied Physics Letters. – 2012. – V. 100. – Art. no. 143510; https://doi.org/10.1063/1.3701580.

7.  Ковалев Н.Ф., Петелин М.И., Райзер М.Д. и др. Генерация мощных импульсов электромагнитного излучения потоком релятивистских электронов // Письма в ЖЭТФ. – 1973. – Т. 18. – № 4. – С. 232-235.

8. Granatstein V.L., Herndon M., Sprangle P., et al. Gigawatt microwave from an intense relativistic electron beam // Plasma Physics. – 1975. – V. 17. – No.1. – P.23-28; https://doi.org/10.1088/0032-1028/17/1/003.

9.  Bugaev S.P., Cherepenin V.A., Kanavets V.I., et al. Relativistic multiwave Cerenkov generators // IEEE Transactions on Plasma Science. – 1990. – V. 18.– P.525-536; https://doi.org/10.1109/27.55924.

10. Abe D.K., Carmel Y., Miller S.M., et al. Experimental studies of overmoded relativistic backward-wave oscillators // IEEE Transactions on Plasma Science. – 1998. – V. 26. – No. 3. – P. 591-604; https://doi.org/10.1109/27.700796.

11. Gunin A.V., Klimov A.I., Korovin S.D., et al. Relativistic X-band BWO with 3-GW output power // IEEE Transactions on Plasma Science. – 1998. – V. 26.– No.3. – P.326-331; https://doi.org/10.1109/27.700761.

12. Куркан И.К., Ростов В.В., Тотьменинов Е.М. О возможности снижения магнитного поля в релятивистской ЛОВ // Письма в ЖТФ. – 1998. – Т. 24.– № 10. – С. 43-47; https://doi.org/10.1134/1.1262101.

13. Vlasov A.N., Shkvarunets A.G., Rodgers J.C., et al. Overmoded GW-class surface-wave microwave oscillator // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2000. – V. 28. – No. 3. – P.550-560; https://doi.org/10.1109/27.887671.

14. Benford J., Swegle J.A., Schamiloglu E. High power microwaves, 3rd Edition. – CRC Press, 2015; https://doi.org/10.1201/9781420012064.

15. Peskov N.Yu., Zaslavsky V.Yu., Denisenko A.N., et al. Sub-gigawatt W-band oversized surface-wave oscillator with 2D-periodical slow-wave structure of cylindrical geometry // IEEE Electron Device Letters. – 2023. – V. 44. – No. 10. – P.1756-1759; https://doi.org/10.1109/LED.2023.3307201.

16. Peskov N.Yu., Zaslavsky V.Yu., Denisenko A.N., et al. Powerful oversized surface-wave oscillators of sub-THz/THz band based on 2D slow-wave structures of cylindrical configuration // IEEE Conference Proceedings: The IEEE IX All-Russian Microwave Conference (RMC-2024), Moscow, Russia. – 2024.
– P. 435-438; https://doi.org/10.1109/RMC62880.2024.10846821.

17. Peskov N.Yu., Zaslavsky V.Yu., Ginzburg N.S., et al. Projects of sub-GW power sub-THz band planar Cherenkov masers with two-dimensional distributed feedback // IEEE Conference Proceedings: The 2024 Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS-2024), Chengdu, China. – 2024. – Art.no. 10618772; https://doi.org/10.1109/PIERS62282.2024.10618772.

18. Arzhannikov A.V., Ginzburg N.S., Kalinin P.V., et al. Development of powerful spatially extended W-band Cherenkov maser of planar geometry with two-dimensional distributed feedback // IEEE Transactions on Electron Devices, – 2022. – V. 69. – P.2662-2667; https://doi.org/10.1109/TED.2022.3161899.

Для цитирования:

Аржанников А.В., Гинзбург Н.С., Заславский В.Ю.,  Калинин П.В., Песков Н.Ю., Сандалов Е.С., Сергеев А.С., Синицкий С.Л., Степанов В.Д. Планарный черенковский мазер W-диапазона с двумерно-периодической замедляющей системой на базе ускорителя «ЭЛМИ»: расчетные параметры и первые эксперименты. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.5.11