Кураев Александр Александрович, д.ф.-м.н., профессор, профессор кафедры информационных радиотехнологий
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
Kurayev Alexander Alexandrovich, D.Sci., Professor, Professor of Information Radiotechnologies Department
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры вычислительных методов и программирования
220013, г. Минск, ул. П. Бровки, д. 6
PhD, Associate Professor, associate professor of Computational Methods and Programming Department
220013, Minsk, P. Brovka st., 6
Наиболее перспективными в терагерцовом диапазоне являются лампы бегущей волны (ЛБВ) и лампы обратной волны (ЛОВ) на змееобразно изогнутом (свернутом зигзагообразно) прямоугольном волноводе. Они реализованы в ТГц-диапазоне (220 ГГц), хотя их характеристики далеки от удовлетворительных из-за жесткого ограничения на ширину ленточного электронного потока, что не позволяет достичь оптимального уровня суммарного тока пучка. Радиальное решение, снимающее ограничение на ширину ленточного пучка, для ЛБВ и ЛОВ на изогнутом прямоугольном волноводе – заменить зигзагообразный свернутый волновод на спирально свернутый. Тогда ширина ленточного пучка принципиально не ограничена. В ранней конструкции ЛБВ и ЛОВ предполагается планарная спираль волновода, плоская в верхней и нижней частях, соединенных вертикальными холостыми (без пучка) переходами. Такая конструкция может быть существенно улучшена как в отношении процесса взаимодействия электронов с полем волновода, так и в отношении упрощения технологии изготовления ЛБВ–ЛОВ, если вместо планарной спирали волновода использовать круговую. Представлена конструкция ЛБВ на свернутом по круговой спирали прямоугольном волноводе терагерцового диапазона. Эта конструкция отличается от ранее предложенной ЛБВ с планарно- спиральным волноводом улучшенными условиями взаимодействия электронного потока с полем волновода, а также упрощением технологии ее изготовления в терагерцовом диапазоне. На основе численного моделирования показано, что в диапазоне 220 ГГц при числе витков волновода n = 40÷50 в предложенной ЛБВ достижимы коэффициенты усиления в насыщении Gн = 42÷48 дБ. Предложенная конструкция ЛБВ на свернутом по круговой спирали прямоугольном волноводе является более технологичной, чем ЛБВ на планарно-спиральном волноводе. Ее эффективность в наиболее востребованном диапазоне 220 ГГц весьма высока и может обеспечить потребность в усилителях и генераторах в этом и других диапазонах. Кроме того, ЛБВ на спирально свернутом волноводе может работать в режиме ЛОВ и, более того, одновременно в режимах ЛБВ и ЛОВ.
The most promising in the THz range is traveling-wave tubes (TWTs) and backward-wave tubes (BWTs) on a serpentine-curved (zigzag-rolled) rectangular waveguide. They are implemented in the THz range (220 GHz), although their characteristics are far from satisfactory due to the strict restriction on the tape electron beam width, that does not allow reaching the summarizing beam current optimum level. To replace the zigzag convoluted waveguide with the spiraled for the TWT and BWT on a curved rectangular waveguide is the best way to remove the ribbon beam width restriction. In the early TWT and BWT design a waveguide planar spiral was also flat in the upper and lower parts connected by vertical idle (without beam) transitions. Proposed design can be significantly improved both in relation to the electron interaction process with the waveguide field and in relation to the TWT-BWT manufacturing technology if instead of a planar waveguide spiral, a circular one is used. The article proposes the TWT designing a terahertz rectangular waveguide folded as a circular spiral. The design differs from the previously proposed TWT with a planar-spiral waveguide by the improved interaction conditions between the electron beam and the waveguide field, as well as the manufacturing technology simplification for terahertz range. Based on numerical simulation, it is shown that proposed TWT achieves Gн = 42÷48 dB saturation gain in the 220 GHz range with the waveguide turn number n = 40÷50. The proposed TWT design on a rectangular waveguide folded in a circular spiral is more technologically advanced than the TWT on a planar-spiral waveguide. In the most necessary 220 GHz range the efficiency is very high and can provide the need for amplifiers and generators in this and other ranges. We also note that the TWT on a spirally folded waveguide can operate in the BWT mode and, moreover, simultaneously in the TWT and BWT modes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.