Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 6 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Computer code for numerical analysis of klystron type vacuum electronic devices

V.E. Rodyakin1,2, V.M. Pikunov1,2, V.N. Aksenov1,2,3,4

1 Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, Shatura, Russia
2 Institute on Laser and Information Technologies, Svyatoozerskaya Str, Russia
3 МГУ им.М.В.Ломоносов, Moscow, Russia
4 M.V.Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.4 UDC 621.385.624 EDN QFWEVQ

Abstract

We present the description of the PARS computer code algorithms, developed for the numerical analysis of physical processes in the high power vacuum electronic devices of klystron type, such as klystron, twystron, extended interaction klystron etc. The computer code is high-performance 2D analysis software package for researching and designing of devices from the cathode to the collector. It includes frequency-domain solver, electron optics module and beam-wave interaction time-domain solver. The algorithms use a self-consistent methods of numerical analysis of the charged particles dynamics in electromagnetic fields. Results of numerical simulation by computer code PARS of the high power klystron DESY 150 MW are presented. PARS simulation, experimental and other well-known computer codes results are in a good agreement.

  • комплекс программ
  • электронный пучок
  • клистрон
  • электронная пушка
  • резонатор
  • коллектор
  • уравнение Пуассона
  • уравнения Максвелла
  • модель частица в ячейке
  • фокусирующее магнитное поле
  • сomputer code
  • electron beam
  • klystron
  • electron gun
  • cavity
  • collector
  • poisson equation
  • Maxwell equations
  • particle in cell model
  • Focusing magnetic field
Аннотация (на русском)

Комплекс программ для численного анализа электровакуумных приборов клистронного типа

Приведено описание численных алгоритмов программного комплекса PARS, разработанного для численного анализа физических процессов в мощных электровакуумных приборах клистронного типа. Комплекс программ предназначен для исследования и разработки таких приборов, как клистроны, твистроны, клистроны с распределенным взаимодействием и др. Комплекс программ имеет модульную структуру и позволяет решать спектральные электродинамические, электронно-оптические и электронно-волновые задачи и проводить расчет прибора от катода до коллектора. В алгоритмах используется самосогласованный метод квазитрехмерного численного анализа динамики заряженных частиц в электромагнитных полях. В работе представлены результаты сравнения численных расчетов мощного клистрона DESY 150 МВт, выполненных с помощью программ разработанного комплекса, с экспериментальными данными и результатами расчетов с помощью других известных программ.

For citation

Rodyakin V.E., Pikunov V.M., Aksenov V.N. Computer code for numerical analysis of klystron type vacuum electronic devices // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.6.4

References

  1. MAFIA, CST-GmbH, Budinger Straße 2a, D-64289 Darmstadt.
  2. Goplen B., Ludeking D., Smithe D., Warren G. User-configurable MAGIC code for electromagnetic PIC calculation. Comput. Phys. Commun., 1995, Vol.87, pp.54-86.
  3. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. Л., Энергия, 1972, 271 с.
  4. Сандалов А.Н., Родякин В.Е. Комплексная программа анализа динамики электронного потока в клистроне. Межвузовский сборник "Вопросы электронной техники", Саратов, 1988, 15 с.
  5. Годунов С.К., Рябенький В.С. Разностные схемы. М, Наука, 1978, 440 с.
  6. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М., Сов. радио.1966, 454 с.
  7. Гинзбург В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. М., «Наука», 1981, 504 с.
  8. Канавец В.И., Лопухин В.М., Сандалов А.Н. Нелинейные процессы в мощных многорезонаторных клистронах и оптимизация их параметров. Лекции по электронике СВЧ (3-я зимняя школа-семинар инженеров), книга VII, изд. СГУ, 1974, 253 с.
  9. Хайков А.З. Мощные усилители на многорезонаторных клистронах. М., Связь, 1964, 168 с.
  10. Ramo S. Currents induced by electron motion. Proc of IRE, Sept. 1939, p. 584.
  11. Рошаль А.С. Моделирование заряженных пучков. М., Атомиздат, 1979, 214 с.
  12. Пикунов В.М., Родякин В.Е., Сандалов А.Н. Структура электромагнитных полей релятивистского электронного сгустка в трубе дрейфа. В кн. «Физика и прим. Микроволн», Изд. МГУ, 1991, ч. 2, с. 177-180.
  13. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М., Высшая школа, 1990, 334 с.
  14. Ильин В. П. Численные методы решения задач электрофизики. М. Наука, 1985, 336 с.
  15. Лебедев И.В. Техника и прибора СВЧ, ч. I. М., Выс. школа, 1970, 440 с.
  16. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М., Сов. радио, 1957, 440 с.
  17. Sprehn D., Phillips R.M., Caryotakis G. The Design and Performance of 150-MW S-Band Klystrons, SLAC-PUB-6677, Stanford Accelerator Center, Septenber 1994.
  18. Becker U., Dohlus M., Lütgert S., Sprehn D., Weiland T. Comparison of CONDOR FCI and MAFIA Calculations for a 150 MW S-Band Klystron with Measurements", Proc. 1995 Particle Accelerator Conference, 1995, vol. 4, pp. 2190-2192.