Высокочастотные омические потери в клинотронах непрерывного действия терагерцевого диапазона частот

Abstract

При создании электронно-вакуумных приборов актуальной задачей является проведение достоверных расчетов их рабочих характеристик. Определение величин высокочастотных потерь и их учет в моделировании приборов является одной из важных проблем. В данной работе предлагается провести исследование шероховатости поверхности замедляющих систем клинотронов, изготавливаемых электроэрозионным способом, методами оптической микроскопии, а также выполнить моделирование температурной нагрузки на элементы таких замедляющих систем для 2-мм, 0,75-мм и 0,33-мм диапазонов волн. В результате проведенных исследований оценена величина высокочастотных омических потерь замедленной волны с учетом шероховатости поверхности реальных замедляющих систем. Получен градиент температуры, как по высоте ламели, так и по основанию гребенки. Определена степень воздействия электронного потока, осаждаемого на замедляющей системе, на величину электропроводности ее поверхностного слоя. С учетом определенных значений высокочастотных омических потерь проведено моделирование выходной мощности клинотронов в зависимости от величины рабочего тока электронного пучка при фиксированной рабочей частоте. В процессе сравнения экспериментальных рабочих характеристик клинотронов, работающих на частотах 136 и 301 ГГц, с результатами моделирования показано качественное и количественное соответствие между ними

Під час створення електронно-вакуумних приладів актуальною задачею є проведення достовірних розрахунків їх робочих характеристик. Визначення величин високочастотних омічних втрат та їх врахування у моделюванні приладів є однією із важливих проблем. У цій роботі пропонується провести дослідження шорсткості поверхні уповільнюючих систем, що виготовляються електроерозійним способом, методами оптичної мікроскопії, а також провести моделювання температурного навантаження на елементи таких систем для 2-мм, 0,75-мм и 0,33-мм діапазонів хвиль. За результатами проведених досліджень оцінено величину високочастотних омічних втрат хвилі із врахуванням шорсткості поверхні реальних систем. Отримано градієнт температури, як за висотою ламелі, так і за основою гребінки. Визначено міру впливу електронного потоку, що осаджується на систему, на величину електропровідності її поверхневого шару. З урахуванням визначених високочастотних омічних втрат проведено моделювання вихідної потужності клінотронів у залежності від величини робочого току електронного пучка при фіксованій робочій частоті. У процесі порівняння експериментальних робочих характеристик клінотронів, що працюють на частотах 136 и 301 ГГц, із результатами моделювання показано якісну та кількісну відповідність між ними.

Reliable simulations of electron-vacuum devices’ opera-tion parameters are an actual challenge during the R&D process. One of the most important problems is determining high frequency ohmic losses and taking them into account in the simulation. The surface roughness investigation of the clinotrons’ slow-wave structures, manufactured by electro discharge machining, with the methods of optical microscopy is proposed in this paper. As a result the real values of the surface roughness were considered for the high frequency ohmic losses estimation of the real slow-wave structures. Taking into account the electron beam interception with the slow-wave structure surface, the temperature load simulations have been carried out and the temperature gradient of the clinotrons’ slow-wave structures of 2-mm, 0.75-mm and 0.33-mm wavelength ranges was found. The electric conductivity decrease caused by surface roughness and increase of temperature of a slow-wave structure with beam current has been taken into account at the simulation of the clinotron output power. The qualitative and quantitative agreement between experimental data and simulation results was achieved for the 136 GHz and 301 GHz clinotrons.