bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-3-44-51bsuir-3930Research ArticleСтатьиГиро-ЛБВ-умножитель частотыGyro-TWT Frequency MultiplierКолосовС. В.KolosovS. V.

Колосов Станислав Васильевич, д-р физ.-мат. наук, проф. каф. вычислительных методов и программирования

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 29 571-25-30

Kolosov Stanislav Vasil’evich, Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor at the Department of Computational Methods and  Programming

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 29 571-25-30

kolosov@bsuir.byШатиловаО. О.ShatilovaO. O.

ст.  преп.  каф.  вычислительных методов  и программирования

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Senior  Lecturer  at  the  Department of  Computational Methods and Programming

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2024230620242234451Copyright © Колосов С.В., Шатилова О.О., 20242024Колосов С.В., Шатилова О.О.Kolosov S.V., Shatilova O.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3930

Усилители гиротронного типа разрабатываются для различных приложений, требующих высокой мощности в миллиметровом диапазоне длин волн. Расчеты оптимальных конструкций гиротронных ламп бегущей волны (гиро-ЛБВ), представленные в статье, проведены с использованием компьютерной программы Gyro-K с помощью методики преобразования координат, позволяющей существенно сократить время расчетов гирорезонансных приборов за счет сведения трехмерной задачи возбуждения нерегулярного волновода к одномерной. Рассмотрены два варианта создания гиро-ЛБВ на моде волны TE02: первый – работающий на первой гармонике гирочастоты, второй – умножитель частоты. Приведены достижимые характеристики приборов в терагерцевом диапазоне частот – такие как полосы усиления, КПД, коэффициенты усиления и распределения высокочастотных полей в продольном и поперечном сечениях. Гиро-ЛБВ-умножитель частоты обладает полосой усиления 7,2 %, КПД – 17 % и коэффициентом усиления 30 Дб.

Gyrotron-type amplifiers are being developed for various applications requiring high power in the millimeter wavelength range. Calculations of the optimal designs of gyrotron traveling wave tubes (gyro-TWTs), presented in the article, were carried out using the Gyro-K computer program using a coordinate transformation technique, which made it possible to significantly reduce the calculation time of gyroresonance devices by reducing the three-dimensional problem of excitation of an irregular waveguide to a one-dimensional one. Two options for creating a gyro-TWT using the TE02 wave mode are considered: the first one is operating at the first harmonic of   the gyrofrequency, the second is a frequency multiplier. The achievable characteristics of devices in the terahertz frequency range are presented, such as gain bands, efficiency, gain factors and distributions of high-frequency fields in longitudinal and transverse sections. The gyro-TWT frequency multiplier has a gain bandwidth of  7.2 %, an efficiency of 17 %, and a gain of 30 dB.

гиротронная лампа бегущей волнымиллиметровый диапазондлина волныумножитель частотыtraveling wave gyrotron tubemillimeter wavewavelengthfrequency multiplierReferencesThumm, M. State-of-the-Art of High-Power Gyro-Devices / М. Thumm // KIT Scientific Reports 7761. 2021.Thumm M. (2021) State-of-the-Art of High-Power Gyro-Devices. KIT Scientific Reports 7761.Kartikeyan, M. V. Gyrotrons: High Power Microwave and Millimeter Wave Technology / M. V. Kartikeyan, E. Borie, M. Thumm // Gyrotrons. Berlin/Heidelberg, Germany; NY, USA, 2003. Р. 23–25.Kartikeyan M. V., Borie E., Thumm M. (2003) Gyrotrons: High Power Microwave and Millimeter Wave Technology . Springer Berlin/Heidelberg, Germany; NY, USA. 23–25.Vacuum Electronic High Powerterahertz Sources / J. H. Booske [et al.] // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1. Р. 54–75.Booske J. H., Dobbs R. J., Joye C. D., Kory C. L., Neil G. R., Park G. S., et al. (2011) Vacuum Electronic High Powerterahertz Sources. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 1, 54–75.Nusinovich, G. S. The Gyrotron at 50: Historical Overview / G. S. Nusinovich, M. K. A. Thumm, M. I. Petelin // J. Infr. Milli. Terahz. Waves. 2014. Vol. 35. Р. 325–381.Nusinovich G. S., Thumm M. K. A., Petelin M. I. (2014) The Gyrotron at 50: Historical Overview. J. Infr. Milli. Terahz. Waves. 35, 325–381.Characteristics and Applications of Fast-Wavegyrodevices / K. L. Felch [et al.] // Proc. IEEE. 1999. Vol. 87. Р. 752–781.Felch K. L., Danly B. G., Jory H. R., Kreischer K. E., Lawson W., Levush B., et al. (1999) Characteristics and Applications of Fast-Wavegyrodevices. Proc. IEEE. 87, 752–781.A Quartercentury of Gyrotron Research and Development / V. L. Granatstein [et al.] // IEEE Trans. PlasmaSei. 1997. Vol. 25. Р. 1322–1335.Granatstein V. L., Levush B., Danly B. G., Parker R. K. (1997) A Quartercentury of Gyrotron Research and Development. IEEE Trans. PlasmaSei. 25, 1322–1335.Zapevalov, V. E. Evolution of the Gyrotrons. Radiophysics and Quantum Electronics / V. E. Zapevalov. 2012. Vol. 54, No 8–9. Р. 507–518.Zapevalov V. E. (2012) Evolution of the Gyrotrons. Radiophysics and Quantum Electronics. 54 (8–9), 507–518.Design and Preliminary Experiment of W-Band Broadband TE02 Mode Gyro-TWT / Xu Zeng [et al.] // Electronics. 2021. Vol. 10, No 16. Р. 1950–1964.Xu Zeng, Chaohai Du, An Li, Shang Gao, Zheyuan Wang, Yichi Zhang, et al. (2021) Design and Preliminary Experiment of W-Band Broadband TE02 Mode Gyro-TWT. Electronics. 10 (16), 1950–1964.Колосов, С. В. Компьютерная программа GYRO-K для разработки и проектирования гирорезонансных приборов СВЧ / С. В. Колосов, И. Е. Зайцева // СВЧ-электроника. 2017. № 2. С. 46–48.Kolosov S. V., Zaitseva I. E. (2017) Computer Program GYRO-K for the Development and Design of Gyroresonant Microwave Devices. SHF-Electronics . (2), 46–48 (in Russian).Колосов, С. В. Оптимизация электронных приборов СВЧ с нерегулярными волноводами / С. В. Колосов // LAP LAMPERT Academic Publishing RU. 2018.Kolosov S. V. (2018) Optimization of Microwave Electronic Devices with Irregular Waveguides. LAP LAMPERT Academic Publishing RU (in Russian).Свешников, А. Г. Возбуждение нерегулярных волноводов / А. Г. Свешников // Научные доклады высшей школы. Серия: Физико-математические науки. 1959. № 2. С. 162–165.Sveshnikov A. G. (1959) Excitation of Irregular Waveguides. Scientific Reports of Higher School, Ser. Physical and Mathematical Sciences . (2), 162–165 (in Russian).Свешников, А. Г. Нерегулярные волноводы / А. Г. Свешников // Известия вузов СССР. Серия: Радиофизика. 1959. Т. 2, № 5. С. 720–723.Sveshnikov A. G. (1959) Irregular Waveguides. News of Universities of the USSR. Series: Radiophysics . 2 (5), 720–723 (in Russian).Флетчер, К. Численные методы на основе метода Галеркина / К. Флетчер. М.: Мир, 1988.Fletcher K. (1988) Numerical Methods Based on the Galerkin Method. Moscow, Mir Publ. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.