Умножители частоты с наклонным электронным потоком

Abstract

В последние годы диапазон терагерцевых (ТГц) частот вызывает повышенный интерес, что проявляется в росте числа публикаций в научной литературе. В статье обсуждаются возможности применения принципа умножения частоты при построении вакуумных источников электромагнитного излучения с наклонным электронным потоком в коротковолновых диапазонах, в том числе и в диапазоне ТГц. Описаны результаты моделирования и экспериментального исследования умножителей частоты миллиметрового диапазона, в частности умножительных клинотронов, умножительных оротронов и умножительных орботронов с высокими коэффициентами умножения частоты k f = 15. Описаны результаты экспериментального исследования умножителя частоты миллиметрового диапазона, каскадом отбора мощности которого служит электродинамическая система в виде призматического резонатора с периодической структурой типа "гребенка". Электродинамическая система возбуждалась на высших типах колебаний. Показана возможность работы каскада отбора мощности такого умножителя в диапазоне частот, который значительно превышает октаву, что обеспечивает коэффициент преобразования частоты больше 10. Приведены энергетические и частотные характеристики умножителей частоты. Экспериментально подтверждена перспективность применения описанных схем построения для создания источников электромагнитного излучения с перестройкой частоты в диапазоне ТГц.

В останні роки діапазон терагерцевих (ТГц) частот викликає підвищений інтерес, зокрема в науковій літературі. У статті обговорюється можливість застосування принципу множення частоти при побудові вакуумних джерел електро-магнітного випромінювання з похилим електронним потоком у короткохвильових діапазонах, у тому числі й у діапазоні ТГц. Описано результати моделювання та експериментальних досліджень помножувачів частоти міліметрового діапазону, зокрема помножувальних клинотронів, помножувальних оротронів та помножувальних орботронів з високими коефіцієнтами множення частоти k f = 15. Описано результати експериментального дослідження помножувача частоти міліметрового діапазону, каскадом відбору потужності якого слугує електродинамічна система у вигляді призматичного резонатора із періодичною сповільнюючою структурою типу "гребінка". Електродинамічна система збуджувалась на вищих типах коливань. Показано можливість роботи каскаду відбору потужності такого помножувача в діапазоні частот, який перевищує октаву, що забезпечує коефіцієнт перетворення частоти більше 10. Приведено енергетичні і частотні характеристики помножувачів частоти. Експериментально підтверджена перспективність застосування описаних схем побудови для створення джерел електромагнітного випромінювання з перебудовою частоти в діапазоні ТГц.

In recent year greater interest has been shown in the terahertz range, and this is clearly evidenced by an ever-growing amount of scientific publications dedicated to that particular issue. The present paper is concerned with the possibilities to use the frequency multiplication principles in designing the vacuum electro-magnetic radiation sources featured by an inclined electron flow in the short-wave bands including the terahertz range. The paper outlines the results from simulation and experimental studies of millimeter-wave frequency multipliers, particularly, multiplier klynotrons, multiplier orotrons and multiplier orbotrns that offer great frequency multiplier factors k f = 15, The findings of the experimental investigations into the millimeter-wave frequency multiplier are described in which the electrodynamics system serving as a prismatic “comb-type” periodic-structure resonator is a power take-off cascade. The electrodynamics system was triggered at higher-mode oscillations. It is shown that the power take - off cascade can be operated over a frequency range far exceeding an octave, which provides for the frequency conversion factor of over 10. Energy and frequency characteristics of the frequency multiplier are given. It was experimentally confirmed that circuitry devices construction described above hold a good deal of promise in terms of developing the electromagnetic radiation source whose frequency is tunable in the terahertz range.