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
2020, № 6 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Interaction region of the high power W-band extended interaction klystron

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

1 Federal Scientific Research Centre "Crystallography and Photonics" of the Russian Academy of Sciences, Shatura, Russia
2 Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.6.4 UDC 621.385.624 EDN NKLLWD

Abstract

We present the results of theoretical analysis of interaction region 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 extended interaction klystron with 7 multigap cavities has been developed. The klystron provides output power about 7 kW with 50 dB gain, 32% electronic efficiency and 43% total efficiency with depressed collector. Developed double-stage depressed collector shows beam energy recovery efficiency 63% in dynamic regime with taking into account of secondary electron emission from collector’s walls.

  • электронный пучок
  • клистрон с распределенным взаимодействием
  • многозазорный резонатор
  • коллектор с пониженным потенциалом
  • комплекс программ "PARS"
  • фокусирующее магнитное поле
  • computer code PARS
  • electron beam
  • Multi-gap cavity
  • Extended interaction klystron
  • depressed collector
  • Focusing magnetic field
  • electronic efficiency
  • electron bunch
Аннотация (на русском)

Система взаимодействия мощного клистрона с распределенным взаимодействием миллиметрового диапазона

Представлены результаты теоретического исследования системы взаимодействия мощного многорезонаторного клистрона с распределенным взаимодействием на частоту 95 ГГц. Численные исследования проводились с использованием программного комплекса PARS. В результате исследований и оптимизации параметров была разработана конструкция системы взаимодействия семи-резонаторного КРВ, обеспечивающая выходную мощность около 7 кВт с коэффициентом усиления 50 дБ и электронным КПД 32%. С использованием разработанного двухступенчатого коллектора с пониженным потенциалом с эффективностью рекуперации 63% в динамическом режиме возможно обеспечить полный КПД прибора на уровне 43%.

For citation

Rodyakin V.E., Pikunov V.M., Aksenov V.N. Interaction region of the high power W-band extended interaction klystron // Journal of Radio Electronics. – 2020. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.6.4

References

  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. Steer B., Roitman A., Horoyski P., Hyttinen M., Dobbs R., Berry D. Advantages of Extended Interaction Klystron technology at millimeter and sub-millimeter frequencies. IEEE International Conference on Plasma Science. 2007. Albuquerque, NM, USA. P. 1049 - 1053. DOI: 10.1109/PPPS.2007.4652369
  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. Rodyakin V.Y., Pikunov V.M., Aksenov V.N. Electron optical system of W-band high power extended interaction klystron. Zhurnal Radioelektroniki - Journal of Radio Electronics. 2020. No. 6. Available at http://jre.cplire.ru/jre/jun20/3/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.6.3
  5. Rodyakin V.E., Pikunov V.M., Aksenov V.N. Computer code for numerical analysis of klystron type vacuum electronic devices. Zhurnal radioelektroniki - Journal of Radio Electronics. 2019. No. 6. Available at: http://jre.cplire.ru/jre/jun19/4/text.pdf DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.4
  6. 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.
  7. Sandalov A.N., Pikunov V.M., Rodyakin V.E. Power extraction in relativistic klystron amplifier. SPIE proc. 1995. Vol. 2557. P. 434-442.
  8. Rodyakin V.E., Bogolyubov A.N., Pikunov V.M., Svetkin M.I. Effects of Cavities RF Field Radial Non-Uniformity on Multiple-Beam Klystron Efficiency. PIERS 2017. St Petersburg, Russia. 22 - 25 May 2017. P.2734-2737.