Исследование миниатюрного низковольтного генератора обратной волны миллиметрового диапазона с планарной замедляющей системой

Освоение терагерцевого диапазона частот является одной из приоритетных проблем современной вакуумной СВЧ-электроники. При создании подобных СВЧ-устройств для повышения мощностии КПД целесообразно использовать пространственно-развитые замедляющие системы (ЗС) и электронные пучки с большим поперечным сечением. Также при миниатюризации приборов принципиальным становится вопрос снижения ускоряющего напряжения. Перспективными в этом случае являются планарные ЗС на диэлектрических подложках.
В данной работе проведены исследования низковольтного генератора миллиметрового диапазона на основе лампы обратной волны (ЛОВ) с ленточным электронным пучком и планарной встречно-штыревой ЗС на подложке из кварца.
Расчеты электродинамических характеристик ЗС показали, что она обладает большим замедлением и достаточной широкой полосой частот: при относительно небольших значениях напряжения 1.0–3.5 kV обеспечивается перестройка частоты в диапазоне 60–75 GHz. Сопротивление связи, усредненное по сечению пучка $500\times50 \mu$m$^2$,который располагается на расстоянии $50 \mu$m от металлизированной поверхности ЗС, увеличивается с ростом частоты от $2\Omega$ до $40\Omega$ в рабочем диапазоне частот.
Исходя из этих результатов, были получены необходимые для компьютерного моделирования параметры ЛОВ-генератора. Для компьютерного моделирования использовались известные уравнения одномерной нестационарной теории ЛОВ с учетом сил пространственного заряда и потерь в замедляющей системе. Были проведены расчеты самовозбуждения генератора, ЗС которого состояла из 50 периодов. Для данной ЗС стартовый ток составляет 10–30 mA, что соответствует плотности 50–100 A/cm$^2$. При разумных значениях тока, не превышающих 50 mA, выходная мощность составляет 1–2 W. Исследованная в данной работе ЛОВ может быть использована в качестве генератора входного сигнала для усилителя на основе лампы бегущей волны с планарной ЗС.