Царев Владислав Алексеевич – доктор технических наук (1996), профессор, профессор кафедры "Электронные приборы и устройства"
ул. Политехническая, д. 77, Саратов, 410054, Россия
Vladislav A. Tsarev, Dr Sci. (Eng.) (1996), Professor, Department Electronic Devices
77 Politechnicheskaya St., Saratov 410054, Russia
Мирошниченко Алексей Юрьевич - доктор технических наук (2015), доцент, заведующий кафедрой "Электронные приборы и устройства"
ул. Политехническая, д. 77, Саратов, 410054, Россия
Alexey Yu. Miroshnichenko, Dr Sci. (Eng.) (2015), Associate Professor, Department "Electronic Devices"
77 Politechnicheskaya St., Saratov 410054, Russia
Гнусарев Андрей Владимирович – аспирант кафедры "Электронные приборы и устройства"
ул. Политехническая, д. 77, Саратов, 410054, Россия
Аndrey V. Gnusarev, Postgraduate Student, Department Electronic Devices
77 Politechnicheskaya St., Saratov 410054, Russia
Акафьева Наталья Александровна – кандидат технических наук (2012), доцент кафедры «Электронные приборы и устройства»
ул. Политехническая, д. 77, Саратов, 410054, Россия
Natalia A. Akafyeva, Cand. Sci. (Eng.) (2012), Department Electronic Devices. 47 published scientific works, 4 inventions
77 Politechnicheskaya St., Saratov 410054, Russia
Введение. В настоящее время проявляется значительный интерес к разработке новых усилителей и генераторов Ku- и K-диапазонов (12…27 ГГц) для применения в бортовой аппаратуре. Одним из претендентов на элементную базу таких устройств могут стать низковольтные многолучевые клистроны (НМЛК). Для НМЛК, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах, возникают серьезные проблемы, связанные с необходимостью подавления паразитных видов колебаний. Один из путей решения этих проблем – применение в НМЛК двухзазорных фотонно-кристаллических резонаторов (ДФКР). Еще одно перспективное направление улучшения характеристик таких резонаторов – применение резонансных отрезков полосковых линий c фрактальными элементами. При этом полосковые линии размещаются на диэлектрической подложке в пространстве взаимодействия. Такие резонаторы могут получить также новые, полезные для клистронов свойства (повышение характеристического сопротивления, подавление спектра нежелательных частот, уменьшение массы и габаритов).
Цель работы. Определение оптимального комплекса электродинамических и электронных параметров двухзазорных фотонно-кристаллических резонансных систем с фрактальными элементами "остров Минковского" при работе в составе резонаторной системы НМЛК, возбуждаемой на π- и 2π-видах колебаний.
Материалы и методы. Для расчета электродинамических параметров резонаторов использовался метод конечных разностей во временной области. Для вычисления электронных параметров, таких, как электронная проводимость Ge / G0 и коэффициент связи M, использовался известный метод Вессель-Берга.
Результаты. Исследованы основные электродинамические параметры резонатора – собственная добротность, резонансная частота и характеристическое сопротивление. Рассчитаны электронные параметры резонатора, коэффициент связи с электронным потоком и относительная электронная проводимость на π- и 2π-видах колебаний. Исследованы 3 варианта резонатора с нулевой, первой и второй итерациями фрактального элемента, амплитудно-частотные характеристики резонатора при изменении шага фотонно-кристаллической решетки. Дана оценка степени неоднородности высокочастотного поля в пространствах взаимодействия резонатора. Определены условия работы одновременно на двух видах колебаний без самовозбуждения.
Заключение. Результаты могут найти применение при разработке резонаторных систем для приборов клистронного типа сантиметрового и миллиметрового диапазонов.
Introduction. The development of new amplifiers and generators of the Ku- and K-bands (12…27 GHz) for use in onboard equipment is increasingly attracting research interest. Low-voltage multi-beam klystrons (LMBK) can be a promising element base for such devices. Serious problems are associated with the need to suppress parasitic modes of oscillations in NMLK operating in the centimeter and millimeter range. A possible solution is to use double-gap photonic-crystal resonators (DPCR) in LMBK. Another promising direction for improving the characteristics of such resonators is to use resonant segments of strip lines with fractal elements. In this case, the strip lines are placed on a dielectric substrate in the interaction space. Such resonators exhibit new properties that are useful for klystrons (an increase in characteristic impedance, suppression of the spectrum of unwanted frequencies, a reduction in mass and dimensions).
Aim. Determination of an optimal set of electrodynamic and electronic parameters of double-gap photonic-crystal resonance systems with fractal elements "Minkowski Island" when operated as part of the LMBK resonator system, excited on π- and 2π-modes of oscillation.
Materials and methods. To calculate the electrodynamic parameters of resonators, the method of finite differences in the time domain was used. The well-known Wessel-Berg method was used to calculate electronic parameters, such as the Ge / G0 electronic conductivity and the coupling coefficient M.
Results. The main electrodynamic parameters of the resonator – Q-factor, resonant frequency and characteristic impedance – were investigated. The electronic parameters of the resonator, the coefficient of coupling with the electron beam, and the relative electronic conductivity for π- and 2π-modes of oscillations were calculated. In this case, three variants of the resonator with zero, first and second iterations of the fractal element were investigated. The amplitude-frequency characteristics of the resonator were investigated with a change in the pitch of the photonic crystal lattice. An estimation of the inhomogeneity of the high-frequency field in the interaction spaces of the resonator was carried out. Operational conditions were determined simultaneously for two types of oscillations without self-excitation.
Conclusion. The results can find application in the development of resonator systems for klystron-type devices in the centimeter and millimeter ranges.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.