Особенности распространения электромагнитных волн в замедляющих системах типа плоских гребенок и их взаимодействия с ленточным электронным потоком в терагерцевом диапазоне частот тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Каретникова, Татьяна Андреевна

• Каретникова, Татьяна Андреевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Каретникова, Татьяна Андреевна

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

Введение

Глава 1. Приборы суб-ТГц диапазона с ленточными электронными потоками и ЗС типа плоских гребенок: основные результаты исследований и разработок

1.1. Вводные замечания

1.2. Основные результаты исследований ЛБВ ТГц диапазона с ленточным

ЭП и ЗС типа плоской гребенки

1.3. Выводы

Глава 2. Методика компьютерного моделирования электродинамических параметров замедляющих систем типа плоских гребенок для приборов О-типа субтерагерцевого диапазона частот

2.1. Методика моделирования

2.1.1. Вывод интегральных уравнений для волн в связанных гребенках в прямоугольном волноводе

2.1.2. Метод Галеркина с учетом сингулярного поведения поля вблизи ребер штырей для численного решения системы интегральных уравнений

2.1.3. Дисперсионное уравнение для собственных волн в двойной гребенке

2.1.4. Методика расчета сопротивления связи

2.1.5. Методика расчета коэффициента затухания

2.2. Результаты тестовых расчетов

2.2.1. Расчет дисперсии и сопротивления связи

2.2.2. Расчет затухающих и комплексных мод

2.3. Выводы

Глава 3. Расчет и оптимизация электродинамических параметров ЗС типа сдвоенной гребенки в волноводе

3.1. Результаты расчетов дисперсионной характеристики и сопротивления связи

3.1.1. ЗС типа сдвоенной гребенки с противофазным расположением гребней

3.1.2. Влияние относительного сдвига гребенок на электродинамические характеристики

3.1.3. Влияние сдвига пучка относительно плоскости симметрии системы. Сравнение с одиночной гребенкой

3.2. Расчет коэффициента прохождения с учетом затухания

3.3. Выводы

Глава 4. Методика моделирования линейных режимов взаимодействия в многосекционной неоднородной ЛБВ

4.1. Основные уравнения линейной теории многосекционной неоднородной ЛБВ

4.1.1. Матричное описание распространения волн в многосекционной ЛБВ, работающей в линейном режиме

4.1.2. Уравнения для описания режимов линейного усиления и паразитной генерации

4.1.3. Вывод формул для элементов матрицы передачи однородного участка взаимодействия

4.2. Программа расчета режимов линейного взаимодействия в широкополосной неоднородной многосекционной ЛБВ

4.2.1. Описание алгоритма программы

4.2.2. Тестовые примеры

4.2.3. Анализ режимов линейного усиления и паразитной генерации в широкополосной ЛБВ с учетом отражений от концов замедляющей системы

4.3. Выводы

Глава 5. Моделирование режимов линейного и нелинейного усиления ЛБВ терагерцевого диапазона с ленточным пучком

5.1. Усиление в режиме малого сигнала

5.2. Расчет коэффициента усиления в режиме большого сигнала

5.2.1. Основные уравнения

5.2.2. Результаты расчетов

5.3. Некоторые результаты разработки компонентов ЛБВ диапазона 0.2 ТГц (АО «НПП «Алмаз» и СФ ИРЭ РАН)

5.4. Выводы

Заключение

Список используемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности распространения электромагнитных волн в замедляющих системах типа плоских гребенок и их взаимодействия с ленточным электронным потоком в терагерцевом диапазоне частот»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. В настоящее время одной из основных задач радиофизики и электроники является освоение терагерцевого (0.11.0 ТГц) диапазона частот. Компактные источники ТГц излучения средней мощности могут найти широкое применение в таких областях, как безопасность и противодействие терроризму (поиск и обнаружение взрывчатых веществ), информационно-коммуникационные системы, радиоастрономия, спектроскопия, медицина, реставрация произведений искусства, бесконтактный контроль качества производства. Это обусловлено рядом фундаментальных особенностей ТГц-излучения: в данном диапазоне лежат колебательные и вращательные спектры многих веществ; широкий диапазон частот привлекателен для систем передачи информации; ТГц излучение обладает высокой проникающей способностью и позволяет получать контрастное изображение, но в то же время обладает гораздо меньшим ионизирующим воздействием, чем рентгеновское излучение [1-5]. Таким образом, создание относительно мощных (1-10 Вт) миниатюрных источников когерентного ТГц излучения будет иметь огромное значение.

Основной проблемой при разработке вакуумных приборов ТГц диапазона является необходимость использовать электронные пучки (ЭП) с чрезвычайно высокой плотностью тока ввиду уменьшения поперечных размеров. В ряде случаев внутри пространства взаимодействия требуется плотность тока до 400-500 А/см2, что является трудно достижимым для современных термокатодов. Поэтому привлекли интерес приборы, в которых используются пространственно-развитые электродинамические системы и ЭП с большим поперечным сечением. В частности, во многих работах обсуждаются перспективы создания приборов с ленточными ЭП и замедляющими системами (ЗС) типа плоских гребенок (см. краткий обзор, приведенный в гл. 1). Отметим, что в США эти исследования в течение последних лет велись в рамках приоритетной Национальной программы HiFIVE (High Frequency Integrated Vacuum Electronics). Программа выполняется одним из подразделений

5

Агентства перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA). Она направлена на создание интегральной конструкции вакуумного усилителя для мощных СВЧ передатчиков, работающих в диапазоне 220 ГГц с выходной мощностью более 50 Вт и полосой частот свыше 5 ГГц.

Согласно теоретическим оценкам, ЛБВ-усилители с ленточным электронным пучком позволяют получить мощность свыше 100 Ватт на длине волны 1-3 мм. Однако ряд ключевых проблем до сих пор не нашел своего решения и работающие образцы приборов в этом частотном диапазоне до сих пор не созданы (подробнее см. гл. 1).

Основным инструментом теоретического анализа вакуумных усилителей и генераторов ТГц диапазона в настоящее время являются мощные универсальные программные пакеты 3D моделирования, такие как MAGIC, KARAT, CST Studio, UNIPIC и др. [6-9], основанные на непосредственном решении уравнений Максвелла методом конечных разностей или конечных элементов и методе «частиц в ячейках» (PIC) для моделирования динамики электронного пучка. Однако они требуют значительных вычислительных ресурсов (например, расчет процесса длительностью 5-10 нс на современных персональных компьютерах может занимать 40-50 часов, см. гл. 1). Провести с их помощью моделирование в широком диапазоне изменения параметров и осуществить оптимизацию прибора не представляется возможным, несмотря на прогресс современной вычислительной техники.

Таким образом, весьма актуальной задачей является теоретический анализ приборов коротковолновой части СВЧ диапазона с ленточным электронным пучком и замедляющей системой в виде плоских гребенок, в том числе, разработка средств компьютерного моделирования подобных приборов, обеспечивающих одновременно высокую точность и малое время расчета.

Цель диссертационной работы состоит в установлении физических особенностей распространения электромагнитных волн в ЗС типа сдвоенной гребенки в прямоугольном волноводе в терагерцевом диапазоне частот и вы-

яснении перспектив создания на основе такой системы ЛБВ-усилителя с ленточным электронным пучком на частоте 0.2 ТГц с выходной мощностью 10100 Вт. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

1. Разработка методики, алгоритмов и программ оперативного расчета электродинамических параметров ЗС типа плоских гребенок.

2. Исследование свойств собственных мод ЗС в виде одиночной и сдвоенной гребенок при изменении параметров системы.

3. Нахождение оптимизированных параметров ЗС в виде сдвоенной гребенки для обеспечения максимальных значений сопротивления связи и ширины полосы при заданных ограничениях на геометрические размеры системы и электрические параметры электронного пучка.

4. Разработка методики, алгоритмов и программы моделирования многосекционной ЛБВ в режиме малого сигнала.

5. Расчет выходных характеристик ЛБВ-усилителя диапазона 0.2 ТГц с ленточным электронным пучком и ЗС в виде сдвоенной гребенки. Нахождение коэффициента усиления в режиме малого и большого сигналов, определение выходной мощности в режиме насыщения.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Развита методика моделирования электродинамических характеристик ЗС типа плоской гребенки в прямоугольном волноводе, основанная на методе интегрального уравнения. Этот метод впервые применяется для расчета замедляющей системы типа сдвоенной гребенки. Предложен способ учета сингулярности полей на ребрах гребенки, позволяющий значительно повысить точность найденного решения и обеспечивающий его единственность. Разработана программа компьютерного моделирования, позволяющая рассчитывать электродинамические характеристики ЗС, в том числе, для затухающих и комплексных мод. Программа не уступает по точности современным пакетам 3Э моделирования и превосходит их по быстродействию в

50-100 раз, в зависимости от близости расчетной точки к границам полос непропускания.

2. Развита методика расчета затухания в периодической структуре, основанная на теории возмущений и являющаяся обобщением подхода для расчета затухания в гладком волноводе.

3. Впервые подробно исследовано влияние основных параметров (высота пролетного канала, период ЗС, толщина и высота штырей гребенок) на электродинамические характеристики ЗС в виде двойной гребенки, помещенной в прямоугольный волновод. В результате проведенных расчетов предложена оптимизированная (с учетом технологических ограничений) геометрия ЗС, обеспечивающая в диапазоне 0.2 ТГц ширину полосы пропускания основной моды порядка 70 ГГц, сопротивление связи порядка 1 Ом.

4. Развита методика расчета линейных режимов работы широкополосного многосекционного ЛБВ-усилителя с использованием аппарата матриц передачи. Методика позволяет учитывать отражения как от границ секций, так и от вывода энергии. На основе развитой методики разработаны алгоритмы и создана программа моделирования.

5. Впервые подробно исследованы режимы усиления сигнала в ЛБВ диапазона 0.2 ТГц с ЗС типа сдвоенной гребенки и ленточным электронным пучком и с напряжением 20 кВ и током 100 мА. Найдены параметры прибора, при которых обеспечивается усиление в режиме малого сигнала свыше 20 дБ и мощность в режиме насыщения 80-100 Вт.

Положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Учет сингулярного поведения компонент электромагнитного поля на ребрах гребенки в соответствии с условиями Мейкснера обеспечивает единственность решения системы интегральных уравнений, описывающих собственные моды в ЗС типа сдвоенная гребенка в прямоугольном волноводе. Разработанные с учетом этих условий алгоритм и программа расчета основных электродинамических характеристик ЗС указанного типа улучшают схо-

димость и превосходят по быстродействию в 50-100 раз современные коммерческие 3Э-пакеты моделирования электромагнитных полей.

2. В замедляющей системе со сдвигом гребенок на половину периода обеспечивается наибольшая ширина полосы пропускания за счет смыкания полос пропускания двух собственных мод, а также наибольшее сопротивление связи на +1-й пространственной гармонике. Сопротивление связи такой системы увеличивается при уменьшении высоты канала и толщины штыря, а также при увеличении периода и высоты штыря. Полоса пропускания расширяется при уменьшении высоты канала и высоты штыря, а период системы и толщина штыря на нее влияют незначительно.

3. Выбранные в соответствии с проведенными расчетами геометрические размеры ЗС типа сдвоенной гребенки позволяют получить в ЛБВ с ленточным электронным пучком, имеющим напряжение 20 кВ и плотность тока не более 100 А/см2, коэффициент усиления 15-25 дБ в полосе частот 185240 ГГц и мощность насыщения 70-100 Вт при длине системы до 40 мм (80 периодов).

4. Разработанные методика, алгоритм и программа расчета линейных режимов работы многосекционной ЛБВ с замедляющими системами различного типа, использующие аппарат матриц передачи, позволяют проводить расчет коэффициента усиления и условий самовозбуждения прибора с учетом взаимодействия электронного пучка со встречным излучением и с учетом отражений сигнала от концов пространства взаимодействия и внутренних неоднородностей.

Научная и практическая значимость работы. Представленные в работе результаты могут быть использованы для разработки источников когерентного суб-ТГц излучения с мощностью 10-100 Вт. Разработанная программа моделирования линейных режимов работы ЛБВ может быть использована для расчетов усиления и самовозбуждения в ЛБВ различных типов. Развитая эффективная методика расчета электродинамических характеристик

ЗС типа плоских гребенок может быть использована для оптимизации параметров подобных структур.

Результаты, представленные в диссертационной работе, использовались при выполнении НИР, поддержанных грантами РФФИ (№ 16-02-00789, № 16-08-00450, № 14-02-00976, № 13-02-00732, № 13-08-00986, № 10-0201280), а также при выполнении г/б НИР «Математическое моделирование и экспериментальное исследование сложных нелинейных и переходных процессов в радиофизических, электронных и магнитоэлектронных системах» (2011-2013 гг.) и ОКР «Расчет конструкции и разработка конструкторской документации замедляющей системы лампы бегущей волны сантиметрового диапазона для аппаратуры космических связных ретрансляторов» (20142015 гг.) в НИИ Естественных наук Саратовского госуниверситета.

Достоверность результатов подтверждается использованием хорошо апробированных методов моделирования и численных схем, а также хорошим соответствием результатов, полученных с помощью различных подходов. Результаты моделирования электродинамических характеристик ЗС при помощи разработанной программы и специализированных пакетов трехмерного моделирования полностью согласуются между собой. Результаты расчетов усиления в режиме малого сигнала с помощью разработанной программы хорошо согласуются с приближенным аналитическим решением на основе метода последовательных приближений, а также с расчетами по хорошо апробированной программе моделирования нелинейного режима и с данными, приведенными в литературе.

Апробация работы и публикации. Результаты, представленные в работе, докладывались на Международных и Всероссийских научных конференциях:

• 41th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2016). Copenhagen, Denmark, September 25-30, 2016;

• 42nd IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS 2015), Belek, Antalya, Turkey, May 24-28, 2015;

• 10th International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC 2014). St-Petersburg, June 30 - July 4, 2014;

• Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2010, 2012, 2014, 2016 гг.);

• Международная зимняя школа-семинар по радиофизике и электронике сверхвысоких частот (Саратов, 2012, 2015 гг.);

• Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ» (Санкт-Петербург, 2013, 2015, 2016 гг.);

• Международная конференция Saratov Fall Meeting 2015. International Symposium "Optics and Biophotonics" (Саратов, 2015);

• Всероссийская конференция молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, 2010-2016 г.);

• Школа-конференция «Нелинейные дни для молодых в Саратове» (2009-2012 гг.).

По материалам диссертации опубликована 31 работа, из которых 4 статьи в реферируемых журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК [100-103], 10 статей в сборниках трудов конференций [104-113], 17 тезисов докладов [114-130].

Личный вклад автора. Все основные результаты, включенные в диссертацию, получены лично автором. Соискателем разработаны методики и алгоритмы моделирования, реализованы компьютерные программы и проведены все численные расчеты.

Постановка задач, определение подходов к их решению, анализ, обсуждение и интерпретация полученных результатов осуществлялись совместно с научным руководителем и с.н.с. А.Г. Рожневым.

Вклад других соавторов в работах, выполненных совместно, состоит в получении результатов, не вошедших в диссертацию (разработка катода, расчет электронно-оптической системы, технологические исследования по изготовлению замедляющей системы).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 144 страницы текста, включая 49 рисунков и графиков, 6 таблиц и список литературы из 130 наименований.

Краткое содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, указаны её цели, научная новизна, практическая значимость и сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит краткий обзор современного состояния исследований вакуумных приборов терагерцевого диапазона с замедляющими системами в виде сдвоенных гребенок. Приведены основные результаты теоретических и экспериментальных работ, выполненных в основном в США, Китае и странах Евросоюза. Также в этой главе описаны современные технологии изготовления замедляющих систем для приборов ТГц-диапазона, рассмотрены проблемы транспортировки ленточного электронного пучка с высокой плотностью тока в канале ЗС.

Во второй главе развита методика моделирования электродинамических характеристик для ЗС типа сдвоенной гребенки на основе методов интегрального уравнения и частичных областей. Представлен подход, позволяющий корректно учитывать сингулярное поведение полей на острых ребрах штырей гребенки, и, как следствие, повысить точность расчетов, обеспечить единственность решения и уменьшить время счета. Также развита методика расчета коэффициента затухания, основанная на применении леммы Лоренца. Приведены результаты тестовых расчетов, включая расчет затухающих и комплексных волн, которые хорошо согласуются с результатами моделирования по трехмерным полностью электродинамическим кодам.

В третьей главе представлены расчеты электродинамических характеристик ЗС типа двойной гребенки (дисперсия, сопротивление связи и напряжение синхронизма) в зависимости от геометрических параметров системы. Определена оптимизированная с учетом технологических ограничений гео-

метрия системы, обеспечивающая ширину полосы пропускания ~ 70 ГГц и сопротивление связи порядка 1 Ом на рабочей пространственной гармонике. Исследуется влияние относительного сдвига гребенок и сдвига электронного пучка на основные характеристики. Также на основе методики расчета коэффициента затухания, развитой во второй главе, проводится расчет коэффициента прохождения.

Четвертая глава содержит описание методики моделирования линейных режимов работы многосекционной ЛБВ на основе аппарата матриц передачи. Рассмотрены особенности моделирования режимов усиления малого сигнала и паразитного самовозбуждения. Представлен алгоритм, позволяющий учитывать неоднородность ЗС и отражения, как концов системы, так и внутренние. Проведены тестовые расчеты амплитудно-частотных характеристик для широкополосной спиральной ЛБВ, результаты которых хорошо согласуются с результатами расчетов по известным, хорошо зарекомендовавшим себя программам.

В пятой главе проводится моделирование режимов усиления для ЛБВ-усилителя диапазона 0.2 ТГц с ленточным пучком. Построены амплитудно-частотные характеристики в режиме малого входного сигнала при различных значениях параметров (длина системы, напряжение пучка). Также представлены расчеты амплитудно-частотных и амплитудных характеристик в нелинейном режиме. Определена мощность насыщения при различных значениях длины ЗС.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

ГЛАВА 1. ПРИБОРЫ СУБ-ТГЦ ДИАПАЗОНА С ЛЕНТОЧНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПОТОКАМИ И ЗС ТИПА ПЛОСКИХ ГРЕБЕНОК:

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК

1.1. Вводные замечания

Как уже отмечалось во Введении, миниатюрные источники ТГц излучения средней мощности представляют большой интерес для многочисленных приложений. Однако ТГц диапазон на сегодняшний день является наиболее слабо освоенным участком электромагнитного спектра, поскольку, в этом диапазоне резко падает мощность как вакуумных и твердотельных источников, так и приборов квантовой электроники. Существуют различные подходы к освоению ТГц диапазона (см., например, [10]), однако не вызывает сомнений, что уровни мощности порядка десятков и сотен Ватт могут обеспечить только приборы вакуумной электроники [11-15]. В частности, созданы гиротроны, позволяющие получать мощности порядка нескольких сот Ватт в непрерывном режиме [16]. Однако они требуют чрезвычайно высоких магнитных полей и, следовательно, являются весьма громоздкими и дорогостоящими. Например, при работе на основной гармонике циклотронной частоты для обеспечения частоты генерации 1 ТГц требуется магнитное поле 35 Тл. В еще большей степени этот недостаток присущ лазерам и мазерам на свободных электронах, в которых используются ультрарелятивистские пучки, создаваемые сильноточными ускорителями.

Компактные источники ТГц излучения средней мощности могут быть созданы на основе миниатюризированных приборов вакуумной СВЧ электроники, таких как лампы бегущей и обратной волны, клистрон, оротрон. Разработка подобных приборов активно ведется в настоящее время [11-15]. Однако единственными электровакуумными источниками ТГц диапазона, предлагаемыми на рынке, являются миниатюрные лампы обратной волны (ЛОВ) О-типа [17]. Традиционно лидирующие позиции в этой области занимает АО «НПП «Исток», ведущее разработку подобных приборов еще с 50-х

годов ХХ века. В настоящее время предприятие производит серию генераторов, перекрывающих диапазон от 258 ГГц до 1400 ГГц. Масса данных приборов не превышает 1 кг. Однако их выходная мощность невелика, порядка 1-10 мВт. В последние годы миниатюрные вакуумные ЛОВ-генераторы предлагаются зарубежными фирмами. Фирма TeraSense (США) [18] производит серию приборов, перекрывающих коротковолновую часть миллиметрового диапазона (80-360) ГГц с перестройкой частоты в пределах 10-30 ГГц и выходной мощностью 0.1-1 Вт. Однако они отличаются значительно большей массой (5-13 кг). Еще один американский производитель — фирма Insight Product [19] предлагает серии ЛОВ-генераторов диапазона 36-178 ГГц с мощностью 20-50 мВт, массой 1-1.5 кг и диапазона 179-1250 ГГц с мощностью от 10-30 мВт до 0.5-1 мВт (на частотах свыше 1 ТГц), и массой 15 кг. Также эта фирма производит импульсные оротроны 120-300 ГГц и 200-370 ГГц с мощностью 30-50 мВт и мощные импульсные магнетроны W- (95 ГГц) и G-диапазона (220 ГГц). Пиковая мощность этих приборов составляет свыше 1 кВт, масса порядка 1 -2 кг, однако они обладают небольшим диапазоном перестройки частоты (1-2 %) и работают в режиме коротких импульсов (50100 нс).

Среди электровакуумных приборов ТГц диапазона наибольшие перспективы имеют лампы бегущей волны (ЛБВ). ЛБВ представляет собой ма-лошумящий широкополосный усилитель с высоким коэффициентом усиления и достаточно большой выходной мощностью в режиме насыщения. Отметим, что в настоящее время реализуется ряд проектов по созданию систем беспроводной связи поколения 5G на основе ЛБВ W-диапазона. В США фирма Teraphysics уже ряд лет разрабатывает такую систему на основе спиральной ЛБВ [20], для чего была разработана специальная технология изготовления миниатюрных спиральных ЗС с алмазными опорами [21]. Страны Евросоюза с 2015 г. реализуют аналогичный проект TWEETHER1 [22,23], где

1 Полное название проекта: "Traveling wave tube for W-band wireless networks with high data rate distribution, spectrum and energy efficiency".

будет использоваться ЛБВ-усилитель с петляющим волноводом диапазона 92-95 ГГц (разработчик — фирма Thales Electron Devices). Проект выполняется консорциумом из 9 исследовательских и производственных организаций из Великобритании, Франции, Германии и Испании и финансируется из средств программы Horizon-2020.

1.2. Основные результаты исследований ЛБВ ТГц диапазона с ленточным ЭП и ЗС типа плоской гребенки

Использование ленточных ЭП представляется перспективным для создания вакуумных усилителей и генераторов ТГц и суб-ТГц диапазона частот, поскольку данный подход позволяет снизить требуемую плотность тока. Для обеспечения эффективного взаимодействия протяженного ленточного ЭП с замедленной электромагнитной волной оптимальными являются ЗС типа плоских гребенок. Хотя подобные ЗС были разработаны достаточно давно [24-27], в последние годы интерес к ним вновь значительно возрос. Это обстоятельство обусловлено, прежде всего, появлением новых технологий, позволяющих изготавливать системы с размерами, необходимыми для работы в указанных диапазонах частот и малыми разбросами, а также разработкой новых методов численного моделирования распространения электромагнитных волн и их взаимодействия с электронными потоками в ЗС со сложной геометрией. Рассмотрим некоторые наиболее важные результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные начиная с 2000 г.

В работах [28-30] исследовалась возможность создания мощной усилительной ЛБВ с плоским ленточным электронным пучком. В качестве замедляющей системы рассматривался плоский волновод с синусоидальной [28] либо прямоугольной [29,30] гофрировкой. Были развиты методы расчета усиления в режиме малого сигнала, основанные на методе дисперсионного уравнения. При этом электродинамическая часть задачи решалась при помощи метода частичных областей. В [29] приведен пример расчета усиления в ЛБВ диапазона 300 ГГц с мощным электронным пучком (ток 15 А, напряже-

ние 100-200 кВ). Максимальный инкремент, согласно расчетам, составил порядка 30 дБ/см при напряжении 155 кВ.

Наиболее существенные результаты приведены в работе [30], где обсуждаются вопросы создания электронного пучка и замедляющей системы для прибора W диапазона (95 ГГц). Схема прибора приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема ЛБВ диапазона 95 ГГц из работы [30].

В приборе с плоским пучком сечением 10 х 0.5 мм, током 20 А и напряжением 120 кВ максимальный коэффициент усиления согласно расчетам достигает 13дБ/см на частоте ~ 96.25 ГГц. Период структуры составляет 0.5 мм, высота штырей (ламелей) гребенки 0.608 мм, толщина штырей 0.25 мм, ширина пролетного канала 0.884 мм. Моделирование при помощи PIC-кода TUBE показало значение КПД ~22%. Также в [30] рассматривалась задача о фокусировке пучка в периодическом магнитном поле и показана возможность его транспортировки на расстояние более 200 периодов ЗС.

В [30] приведены экспериментальные результаты по формированию ленточного электронного пучка. Следуя работе [31], авторы используют электронную пушку, формирующую цилиндрический пучок, который затем превращается в эллиптический при помощи квадрупольной магнитной линзы. Однако конкретные параметры, например, плотность тока на катоде, в [30] не приведены.

Output power Waveguides

Input power waveguides

Предложенная в [28-30] схема прибора имеет ряд недостатков. Прежде всего, в ней рассматривается гребенка с симметричным расположением штырей, что, как будет показано ниже, неблагоприятно сказывается на ширине полосы усиления. Можно также отметить сложную конструкцию ввода и вывода СВЧ сигнала (рис. 1.1).

Дальнейшее развитие эта идея получила в обширном цикл работ, выполненных в Центре исследований миллиметровых волн (University of California - Davis, USA) [32-38]. Исследования, поддержанные программой HiFIVE, были направлены на создание ЛБВ-усилителя G-диапазона (220 ГГц) с коэффициентом усиления 30 дБ и выходной мощностью свыше 50 Вт. В [32,33] была предложена ЗС в виде двойной гребенки с противофазным расположением штырей (half-period-staggered double-vane array). Схема ЗС приведена на рис. 1.2.

Важной особенностью такой ЗС является то, что она относится к системам со скользящей плоскостью симметрии [25,26]. Это означает, что структура переходит сама в себя при сдвиге на половину периода и отражении в горизонтальной плоскости. Применение методов теории групп к исследованию электромагнитных волн в таких ЗС показывает, что их собственные моды попарно сливаются при сдвигах фазы колебаний на одном периоде системы, кратных (2n + , где n — целое число. В частности, происходит

слияние низших двух собственных мод, обычно используемых в качестве рабочих в ЛБВ, и полоса пропускания расширяется. Для рабочей пространственной гармоники это приводит также к снижению коэффициента дисперсии и, следовательно, к расширению частотной области синхронизма электронного пучка и прямой гармоники, что является выгодным для ЛБВ-усилителя. Это хорошо видно из рис. 1.3, где приведено сравнение дисперсионных характеристик для случаев симметричного и противофазного расположения штырей. Также на рис. 1.3 показаны соответствующие распределения продольной компоненты электрического поля. Для симметричного расположения штырей эта компонента в центре пролетного канала равна нулю, тогда как для противофазного расположения штырей она максимальна, т.е. такая конструкция позволяет получить более высокое сопротивление связи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Каретникова, Татьяна Андреевна, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Siegel P.H. Terahertz technology // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2002. Vol. 50. No. 3. P. 910-928.

2. Siegel P.H. Terahertz technology in biology and medicine // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2004. Vol. 52. No. 10. P. 2438-2447.

3. Linfield E. Terahertz applications: a source of fresh hope // Nat. Photonics. 2007. Vol. 1. P 257-258.

4. Federici J., Moeller L. Review of terahertz and subterahertz wireless communications // J. Appl. Phys. 2010. Vol. 107. No. 11. 111101.

5. Fan Sh., He Y., Ung B.S., Pickwell-MacPherson E. The growth of biomedical terahertz research // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. Vol. 47. No. 37. 374009.

6. Goplen B., Ludeking L., Smithe D., Warren G. User-configurable MAGIC code for electromagnetic PIC calculations // Comput. Phys. Commun. 1995. Vol. 87. P. 54-86.

7. Tarakanov V.P. User's Manual for Code KARAT. Springfield, VA, Berkley Research, 1992.

8. Wang J., Zhang D., Liu Ch., Li Y., Wang Y., Wang H., Qiao H., Li X. UNIPIC code for simulations of high power microwave devices // Phys. Plasmas. 2009. Vol. 16. No. 3. 033108.

9. CST Microwave Studio - 3D EM simulation software. Computer Simulation Technology, Wellesley Hills. MA, USA. [Online]. Available: http://www.cst.com/Products/CSTS2.

10. Lewis R.A. A review of terahertz sources // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. Vol. 47. No. 37. 374001.

11. Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Sokolov D.V., Trubetskov D.I., Han S.T., Kim J.I., Park G.S. Novel concepts of vacuum microelectronic microwave devices with field emitter cathode arrays // Physics of Plasmas. 2002. Vol. 9. No. 9. P. 4020-4027.

12. Ives R.L. Microfabrication of high-frequency vacuum electron devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2004. Vol. 32. No. 3. P. 1277-1291.

130

13. Srivastava V. THz vacuum microelectronic devices // J. Physics: Conf. Series. 2008. Vol. 114. No.1. 012015.

14. Booske J.H. Plasma physics and related challenges of millimeter-wave-to-terahertz and high power microwave generation // Phys. Plasmas. 2008. Vol. 15. No. 5. 055502.

15. Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.S., Park J.H., Temkin R.J. Vacuum electronic high power terahertz sources // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1. No. 1. P. 54-75.

16. Glyavin M.Y, Idehara T., Sabchevski S.P. Development of THz gyrotrons at IAP RAS and FIR UF and their applications in physical research and highpower THz technologies // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2015. Vol. 5. No. 5. P. 788-797.

17. Borisov A.A., Budzinsky U.A., Bykovsky S.V., Galdetskiy A.V., Korolev A.N., Lopin M.I., Negirev A.A., Pugnin V.I., Ruvinsky G.V. and Sa-zonov B.V. The development of vacuum microwave devices in Istok // 12th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2011). February 21-24, 2011, Bangalore, India. P. 437-438.

18. http://terasense.com/

19. http: //www.insight-product.com/index.htm

20. Dayton J.A., Kory C.L., Mearini G.T. Microfabricated mm-wave TWT platform for wireless backhaul // Abstracts of the Sixteenth IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC2015). April 27-29, 2015, Beijing, China.

21. Lueck M.R., Malta D.M., Gilchrist K.H., Kory C.L., Mearini G.T., Dayton J.A. Microfabrication of diamond-based slow-wave circuits for mm-wave and THz vacuum electronic sources // J. Micromech. Microeng. 2011. Vol. 21. No. 6. 065022.

22. https://tweether.eu/

23. Paoloni C. et al., Horizon 2020 TWEETHER project for W-band high data rate wireless communications // Abstracts of the Sixteenth IEEE International

Vacuum Electronics Conference (IVEC2015). April 27-29, 2015, Beijing, China.

24. Клеен В. Введение в электронику сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1963.

25. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. М.: Сов. радио, 1966.

26. Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: Фазис, 2002.

27. Альтшулер Ю.Г., Татаренко А.С. Лампы малой мощности с обратной волной. М.: Сов. радио, 1963.

28. Carlsten B.E. Pierce gain analysis for a sheet beam in a rippled waveguide traveling-wave tube // Phys. Plasmas. 2001. Vol. 8. No. 10. P. 4585-4591.

29. Carlsten B.E. Modal analysis and gain calculations for a sheet electron beam in a ridged waveguide slow-wave structure // Phys. Plasmas. 2002. Vol. 9. No. 12. P. 5088-5096.

30. Carlsten B.E., Russell S.J., Earley L.M., Krawczyk F.L., Potter J.M., Ferguson P., Humphries S. Technology development for a mm-wave sheet-beam traveling-wave tube // IEEE Trans. Plasma Sci. 2005. Vol. 33. №. 1. Р. 8593.

31. Basten M.A., Booske J.H., Anderson J. Magnetic quadrupole formation of elliptical sheet electron beams for high-power microwave devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 1994. Vol. 22. No. 5. P. 960-966.

32. Shin Y.-M., Barnett L.R., Luhmann N.C. Strongly confined plasmonic wave propagation through an ultrawideband staggered double grating waveguide // Applied Phys. Lett. 2008. Vol. 93. No. 22. 221504.

33. Shin Y.-M., Barnett L.R., Luhmann N.C. Phase-shifted traveling-wave-tube circuit for ultrawideband high-power submillimeter-wave generation. IEEE Trans. Electron Devices. 2009. Vol. 56. №. 5. P. 706-712.

34. Shin Y.-M., Baig A., Barnett L.R., Luhmann N.C., Pasour J., Larsen P. Modeling investigation of an ultrawideband terahertz sheet beam traveling-wave tube amplifier circuit // IEEE Trans. Electron Devices. 2011. Vol. 58. №. 9. Р. 3213-3219.

35. Shin Y.-M., Baig A., Barnett L.R, Tsai W.-C., Luhmann N.C. System design analysis of a 0.22-THz sheet-beam traveling-wave tube amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2012. Vol. 59. No. 1. P. 234-240.

36. Shin Y.-M., Zhao J., Barnett L.R, Luhmann N.C. Investigation of terahertz sheet beam traveling wave tube amplifier with nanocomposite cathode // Phys. Plasmas. 2010. Vol. 17. No. 12. 123105.

37. Baig A., Shin Y.-M., Barnett L.R, Gamzina D., Barchfeld R., Domier C.W., Wang J., Luhmann N.C. Design, fabrication and RF testing of near-THz sheet beam TWTA // Terahertz Science and Technology. 2011. Vol. 4. No. 4. P. 181-207.

38. Baig A., Gamzina D., Barchfeld R., Domier C., Barnett L.R., Luhmann N.C. 0.22 THz wideband sheet electron beam traveling wave tube amplifier: Cold test measurements and beam wave interaction analysis // Phys. Plasmas. 2012. Vol. 19. No. 9. 093110.

39. Petillo J., Eppley K., Panagos D., Blanchard P., Nelson E., Dionne N., DeFord J., Held B., Chernyakova L., Krueger W., Humphries S., McClure T., Mondelli A., Burdette J., Cattelino M., True R., Nguyen K.T., Levush B. The MICHELLE three-dimensional electron gun and collector modeling tool: theory and design // IEEE Trans. Plasma Sci. 2002. Vol. 30. No. 3. P. 12381264.

40. Gamzina D., Himes L.G., Barchfeld R., Zheng Y., Popovic B.K., Paoloni C., Choi E.M., Luhmann N.C. Nano-CNC machining of sub-THz vacuum electron devices // IEEE Trans. Electron Devices. 2016. Vol. 63. No. 10.

41. Shi X, Wang Z., Tang X., Tang T., Gong H., Zhou Q., Bo W., Zhang Y., Duan Z., Wei Y., Gong Y., Feng J. Study on wideband sheet beam traveling wave tube based on staggered double vane slow wave structure // IEEE Trans. Plasma Sci. 2014. Vol. 42. No. 12. P. 3996-4003.

42. Shin Y.-M. Superimposed coherent terahertz wave radiation from mono-energetically bunched multi-beam // Phys. Plasmas. 2012. Vol. 19. No. 6. 063115.

43. Deng G., Chen P., Yang J., Yin Z., Ruan J. 0.22 THz two-stage cascaded staggered double-vane traveling-wave tube // J. Comput. Electron. 2015. Vol. 15. No. 2. P. 634-638.

44. Deng G., Huang X., Yang J., Yin Z., Ruan J. A three-stage cascaded staggered double vane for a 220 GHz traveling-wave tube // Plasma and Fusion Research. 2015. Vol.10. No. 1. 1406078.

45. Xie W., Wang Z., He F., Luo J., Zhao D., Liu Q. Field theory of a terahertz staggered double-grating arrays waveguide Cerenkov traveling wave amplifier // Phys. Plasmas. 2014. Vol. 21. No. 4. 043103.

46. Nguyen K.T., Pasour J.A., Antonsen T.M., Larsen P.B., Petillo J.J., Levush B. Intense sheet electron beam transport in a uniform solenoidal magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2009. Vol. 56. №. 5. Р. 744-752.

47. Panda P.C., Srivastava V., Vohra A. Sheet electron-beam transport analysis through closed short PCM for vacuum subterahertz devices // IEEE Trans. Plasma Sci. 2012. Vol. 40. №. 9. Р. 2119-2125.

48. Ruan C.J., Wang S.Z., Han Y., Li Q.S., and Yang X.D. Theoretical and experimental investigation on intense sheet electron beam transport with its dio-cotron instability in a uniform magnetic field // IEEE Trans. Electron Devices. 2014. Vol. 61. №. 6. Р. 1643-1650.

49. Астрелин В.Т., Ерофеев В.И. Двумерные равновесия электронного пучка в ведущем магнитном поле // ЖТФ. 1989. Т. 59. № 2. С. 135-141.

50. Shi X., Wang Z., Tang T., Gong H., Wei Y., Duan Z., Tang X., Wang Y., Feng J., Gong Y. Theoretical and experimental research on a novel small tunable PCM system in staggered double vane TWT // IEEE Trans. Electron Devices. 2015. Vol. 62. №. 12. Р. 4258-4264.

51. Wang Z.L., Shi X., Gong Y.B., Wei Y.Y., Duan Z.Y., Su X., Gong H., Feng J., Huang H. Study on Ka-band sheet beam traveling wave tube focused by closed PCM // J. Infrared, Millim. Terahertz Waves. 2016. Vol. 37. No. 6. P. 561-571.

52. Wang J., Shu G., Liu G., Yang L.Y., Luo Y. Ultrawideband coalesced-mode operation for a sheet-beam traveling-wave tube // IEEE Trans. Electron Devices. 2016. Vol. 63. No. 1. Р. 504-511.

53. Pershing D.E., Nguyen K.T., Abe D.K., Wright E., Larsen P.B., Pasour J., Cooke S.J., Balkcum A., Wood F.N., Myers R.E., Levush B. Demonstration of a wideband 10-kW Ka-band sheet beam TWT amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2014. Vol. 61. No. 6. Р. 1637-1642.

54. Paoloni С., Gamzina D., Himes L., Popovic B., Barchfeld R., Yue L., Zheng Y., Tang X., Tang Y., Pan P., Li H., Letizia R., Mineo M., Feng J., Luhmann N.C. THz backward-wave oscillators for plasma diagnostic in nuclear fusion // IEEE Trans. Plasma Sci. 2016. Vol. 44. No. 4. Р. 369-376.

55. Белуга И.Ш. Расчет резонаторных замедляющих систем эквивалентным статическим методом // Изв. вузов. Радиофизика, 8, 1961, 4(4), с.689-702.

56. Белуга И.Ш. О методах частичных областей, основанных на стационарности некоторых функционалов. Радиотехника и электроника. Т. 6, №3, 1961. С.459-468.

57. Самохин Г.С., Силин Р.А., Малькова Н.Я. Дисперсии и сопротивление связи замедляющих систем на высших типах волн // Электронная техника. Сер.1 Электроника СВЧ, 1968. Вып.7, с.78-94.

58. Самохин Г.С., Силин Р.А. Высшие типы волн в гребенчатых замедляющих системах // Электронная техника. Сер.1 Электроника СВЧ, 1978. Вып.5, с.3-11; Вып.6, с.11-19.

59. Цимринг Ш.Е. Вариационный метод расчета волноводов с периодическими неоднородностями // Радиотехника и электроника. Т. 11, №1, 1957. С. 3-4; Т. 11, №6. С.969-988.

60. Zaginaylov G.I., Gandel Y.V., Kamyshan O.P., Kamyshan V.V, Hirata A., Thumvongsku T., Shiozawa T. Full-wave analysis of the field distribution of natural modes in the rectangular waveguide grating based on singular integral equation method // IEEE Trans. Plasma Sci. 2002. Vol. 30. No. 3. P. 11511159.

61. COMSOL Multiphysics. [Online]. Available: https : //www. comsol. com/comsol-multiphysics

62. High Frequency Structure Simulator (HFSS) of ANSYS. [Online]. Available: http : //www.ansys .com/Products/Electronics/ANSYS -HFSS

63. Заргано Г.Ф., Лерер А.М., Ляпин В.П., Синявский Г.П. Линии передачи сложных сечений. Ростов-на-Дону: РГУ, 1983. 320 с.

64. Заргано Г.Ф., Ляпин В.П., Михалевский В.С., Синельников Ю.М., Синявский Г.П., Чекрыгина И.М. Волноводы сложных сечений. М.: Радио и связь. 1986. 124 с.

65. Бушуев Н.А. Расчет собственных мод диафрагмированного волновода для гироприборов с замедленными волнами // В сб.: Машинное проектирование в прикладной электродинамике и электронике (Proceedings of the 4-th IEEE Saratov-Penza Chapter Workshop. 26 sept. 1999). Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та. 2000. Вып. 6. С. 87-91.

66. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы теории волноводов. М.: Мир, 1974. 327 с.

67. Миттра Р., Ито Т. Некоторые эффективные вычислительные методы / В кн. Вычислительные методы в электродинамике (под ред. Р. Миттры). М.: Мир. 1977. С. 359-416.

68. Ву Ч.П. Вариационные и итерационные методы решения задач о волноводах и решетках / В кн.: Вычислительные методы в электродинамике. Сб. статей под ред. Р.Миттры. М.: Мир. 1977. С. 310-358.

69. Meixner J. The Behavior of Electromagnetic Fields at Edges // IEEE Trans. Ant. Propag. 1972. Vol. 20. P. 442-446.

70. Бейтмен Г. Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены. (Сер. «Справочная математическая библиотека»). М. Наука, 1966. 296 с.

71. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Специальные функции. М.: Наука, 1983. 752 с.

72. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь, 1988. 440 с.

73. Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М.: Наука, 1966.

74. Mathematica, Version 6.0. Wolfram Research, Inc., Champaign, IL, USA.

75. Накрап И.А., Самохин Г.С., Силин Р.А., Стриженко В.С. Характеристики замедляющей системы типа «гребенка» в полосах непропускания // Электронная техника. Электроника СВЧ. 1973. № 12. С. 36-44.

76. Zheng R., Chen X. Parametric simulation and optimization of cold test properties for a 220 GHZ broadband folded waveguide traveling wave tube // J. Infr., Millim. Terahertz Waves. 2009. Vol. 30. No. 9. P. 945-958.

77. Billa L.R., Akram M.N., Chen X. H-plane and E-plane loaded rectangular slow-wave structure for terahertz TWT amplifier // IEEE Trans. Electron Devices. 2016. Vol. 63. No. 4. P. 1722-1727.

78. Kirley M.P. Electrical conductivity of metal surfaces at terahertz frequencies // PhD Thesis. University of Wisconsin-Madison, USA. 2014. 145 p.

79. Kirley M.P., Booske J.H. The physics of conductivity at terahertz frequencies // Abstracts of the Sixteenth IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC2015) April 27-29, 2015, Beijing, China.

80. Gamzina D., Li H., Himes L., Barchfeld R., Popovic B., Pan P., Letizia R., Mineo M., Feng J., Paoloni C., Luhmann N.C. Nanoscale surface roughness effects on THz vacuum electron device performance // IEEE Trans. Nano-technology. 2016. Vol. 15. No. 1. P. 85-93.

81. Hammerstad E.O. Microstrip handbook / Ed. by F. Bekkadal. Trondheim: Norwegian Institute of Technology, 1985. 118 p.

82. Пирс Дж. Лампа с бегущей волной. М.: Сов. радио. 1952.

83. Цейтлин М.Б., Кац А.М. Лампа с бегущей волной: Вопросы теории и расчета. М.: Сов. радио, 1964.

84. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. радио. 1970.

85. Электронные приборы сверхвысоких частот / Под. ред. В.Н. Шевчика и М.А. Григорьева. Саратов: СГУ, 1980. 416 с.

86. Antonsen T.M., Levush B. CHRISTINE: A multifrequency parametric simulation code for traveling-wave tube amplifiers // NRL Rep. 97-9845, 1997.

87. Rozhnev A.G., Ryskin, N.M., Sokolov D.V., Trubetskov D.I., et al. New 2.5D code for modeling of nonlinear multisignal amplification in a wide-band helix traveling wave tube // Fifth IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC2004). 2004. Monterey, USA. P.144-145.

88. Альтман Дж. Л. Устройства сверхвысоких частот. М.: Мир. 1968.

89. Рожнев А.Г., Соколов Д.В. Расчет электродинамических характеристик спиральных замедляющих систем широкополосных ЛБВ (Учебно-методическое пособие). Саратов: Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 2004.

90. Шевчик В.Н., Шведов Г.Н., Соболева А.В. Волновые и колебательные явления в электронных потоках на сверхвысоких частотах. Саратов: СГУ, 1962. 336 с.

91. Дёч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа. М.: Наука. 1965. 288 с.

92. Antonsen T.M., Safier P., Chernin D.P., Levush B. Stability of traveling-wave amplifiers with reflections // IEEE Trans. Plasma Sci. 2002. Vol. 30. No. 3. P. 1089-1107.

93. Antonsen T.M., Chernin D.P., Cooke S.J., Levush B. Spurious reflection of space charge fields in TWTAs // IEEE Trans. Electron Devices. 2005. Vol. 52. No. 5. P. 755-763.

94. Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. В 2 т. Т. 1. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2003. 496 с.

95. Кац А.М., Ильина Е.М., Манькин И.А. Нелинейные явления в СВЧ приборах О-типа с длительным взаимодействием. М.: «Сов. радио». 1975. 296 с.

96. Burtsev A.A., Bushuev N.A., Navrotsky I.A., Sakhadzhi G.V., Shalaev P.D. Experimental study of electron guns for TWT of terahertz range // Sixteens

IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2015). April 2729, 2015. Beijing, China.

97. Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Навроцкий И.А., Роговин В.И., Сахаджи Г.В., Шумихин К.В. Экспериментальное исследование электронных пушек для вакуумных усилителей терагерцового диапазона // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42. № 10. С. 92-98.

98. http://www.integratedsoft.com/products/lorentz/

99. Бурцев А.А., Григорьев Ю.А., Журавлев С.Д., Навроцкий И.А, Сахаджи Г.В., Шумихин К.В. Исследование электронной пушки с компрессией ленточного потока для вакуумных усилителей терагерцевого диапазона // Радиотехника. 2016. № 7. С. 97-100.

100. Каретникова Т.А. Линейная теория многосекционных широкополосных ЛБВ с неоднородной спиральной замедляющей системой // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20, №6. С. 148-159.

101. Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Каретникова Т.А., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Исследование характеристик замедляющей системы лампы бегущей волны миллиметрового диапазона с ленточным электронным пучком // Изв. вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, № 8-9. С. 601-613.

102. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Торгашов И.Г., Синицын Н.И. Вопросы разработки усилителей и генераторов О-типа субтерагерцевого диапазона частот // Радиотехника, 2014. № 10. С. 46-51.

103. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Григорьев Ю.А., Бурцев А.А., Шалаев П.Д. Моделирование лампы бегущей волны субтерагерцевого диапазона с замедляющей системой типа сдвоенной гребенки и ленточным электронным пучком // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61, № 1. С. 54-60.

104. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М. Моделирование электродинамических характеристик замедляющей системы ЛБВ субмиллимет-

рового диапазона типа гребенка в волноводе с помощью метода интегрального уравнения // Сборник статей Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». С.-Пб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013.

105. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д. Моделирование взаимодействия электронного потока с электромагнитным полем в ЛБВ-усилителе субтерагерцового диапазона с замедляющей системой типа сдвоенная гребенка // Сборник статей Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». Т. 1. С.-Пб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. С. 113-117.

106. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Шалаев П.Д. Исследование миниатюрных приборов О-типа терагерцевого диапазона с ленточным электронным потоком // Сборник статей Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». Т. 1. С.-Пб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. С. 177-181.

107. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г. Расчёт коэффициента линейного усиления и условий самовозбуждения неоднородных широкополосных спиральных ЛБВ // В сб. Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2010: Материалы международной научно-технич. конф. Саратов, 22-23 сентября 2010. Саратов: ООО ИЦ «Наука», 2010 г. С.44-47.

108. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г. Программа анализа линейных режимов работы неоднородных широкополосных спиральных ЛБВ // В сб. Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2012: Материалы 10-й юбилейной международной научно-технич. конф. Саратов, 1920 сентября 2012. Саратов: СГТУ, 2012г. С.238-241.

109. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Моделирование замедляющих систем типа плоской гребенки для усилителя бегущей волны с ленточным электронным пучком // «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2014». Материалы международной научно-технической

конференции. 25-26 сентября 2014 г. Т.1. Саратов: СГТУ, 2014. С. 294298.

110. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Белов К.В. Анализ усиления в приборах О-типа терагерцевого диапазона с ленточным электронным пучком // «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2016». Материалы международной научно-технической конференции. 22-23 сентября 2016 г. Т.1. Саратов: СГТУ, 2016. С. 58-62.

111. Рыскин Н.М., Рожнёв А.Г., Каретникова Т.А., Торгашов Г.В., Синицын Н.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Электродинамические характеристики замедляющей системы типа сдвоенной гребенки для усилителя субтера-герцового диапазона с ленточным электронным пучком // Труды всероссийской научной конференции «Проблемы СВЧ электроники». 24-25 октября 2013 г., Москва. М: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. С. 108-111.

112. Бенедик А.И., Каретникова Т.А., Рыскин Н.М., Рожнев А.Г., Григорьев Ю.А., Синицын Н.И., Торгашов Г.В., Бушуев Н.А., Бурцев А.А., Шалаев П. Д. Исследование ламп бегущей волны суб-ТГц диапазона с ленточным электронным пучком // Сборник трудов II Всероссийской научной конференции «Проблемы СВЧ электроники» МИЭМ НИУ ВШЭ, Москва. 2015. С. 58-60.

113. Каретникова Т.А. Теоретическое исследование процессов самовозбуждения и линейного усиления в широкополосных ЛБВ // В сб. Нелинейные дни в Саратове для молодых - 2009: Сб. мат. научн. школы-конф. Саратов, 16-18 ноября 2009. Саратов: ООО ИЦ «Наука», 2010 г. С. 23-26.

114. Ryskin N.M., Rozhnev A.G., Karetnikova T.A., Torgashov G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D., Bourtsev A.A. Modeling and characterization of a slow-wave structure for a sheet-beam sub-THz TWT amplifier // Proc. 14th IEEE International Vacuum Electronics Conference. 21-23 May 2013, Paris, France. 2 p.

115. Karetnikova Т.А., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Torgashov G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D.,Bourtsev A.A. Modeling of eigenwaves in single- and dou-

ble-vane slow-wave structures for sheet-beam sub-THz devices // 15th IEEE International Vacuum Electronics Conference. Monterey, CA, USA, April 2224, 2014. P. 493-494.

116. Karetnikova T.A., Rozhnev A.G, Ryskin N.M., Torgashov G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D., Bourtsev A.A. Modeling of a sub-THz sheet-beam traveling wave tube amplifier // Proceedings of 10th International Vacuum Electron Sources Conference. St-Petersburg, June 30 - July 4, 2014. P. 123-124.

117. Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Torgashov G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D., Burtsev A.A. Modeling of a sub-THz traveling wave tube with grating slow-wave structure // Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications. Proc. 9th International Workshop. Nizhny Novgorod, 2014. P. 241-242.

118. Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Torgashov G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D., Burtsev A.A. Modeling of a double-grating sub-thz sheet-beam amplifier // 39th Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and THz Waves. Tucson, AZ, USA, September 14-19, 2014. 2 p.

119. Ryskin N.M., Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Torgashov G.V., Bushuev N.A., Shalaev P.D. Development and modeling of a sheet- beam sub-THz traveling wave tube // IEEE Int. Vacuum Electronics Conf. (IVEC). 2015, April 27-29. Beijing, China. 2 p.

120. Karetnikova T.A., Ryskin N.M., Rozhnev A.G., Torgashov G.V., Shalaev P.D., Burtsev A.A. Development and modeling of a G- band sheet-beam traveling wave tube amplifier with grating slow-wave structure // The 42nd IEEE Int. Conf. on Plasma Sciences (ICOPS). May 24-28, 2015. Belek, Antalya, Turkey. 1 p.

121. Ryskin N.M., Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Torgashov G.V., Bushuev N.A., Shalaev P.D. Design and simulation of a sub-THz vacuum tube power amplifier // Proceedings of the 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). 2015, August 23-28, Gong-Hong, China. 2 p.

122. Karetnikova T.A., Benedik A.I., Rozhnev A.G., Ryskin N.M., Torgashov

G.V., Sinitsyn N.I., Shalaev P.D. Development and modeling of G-band vacuum tube power amplifiers with sheet electron beam // Proceedings of the 41th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). 2016, September 25-30, Copenhagen, Denmark. 2 р.

123. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Торгашов Г.В., Сини-цын Н.И., Григорьев Ю.А., Бушуев Н.А., Бурцев А.А., Шалаев П.Д. Исследование и разработка усилителя О-типа субтерагерцового диапазона с ленточным электронным пучком // Материалы XVI Международной зимней школы-семинара по радиофизике и электронике сверхвысоких частот. 2-7 февраля 2015 г. Саратов. — Саратов: ООО «Издательский центр «Наука», 2015. С. 20.

124. Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Каретникова Т.А., Торгашов Г.В., Синицын

H.И., Шалаев П.Д., Бурцев А.А. Исследование характеристик замедляющей системы лампы бегущей волны диапазона 0.2 ТГц // IX Всероссийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн. Тез. докладов. Нижний Новгород: ИПФ РАН. 2013. С. 68-69.

125. Каретникова Т.А. Влияние отражений на усиление сигнала в широкополосных спиральных ЛБВ с неоднородной замедляющей системой // В сб. Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика: Тез. докл. V Всерос. конф. молодых ученых. Саратов, 6-8 сентября 2010. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010 г. С.40-41.

126. Каретникова Т.А. Анализ линейных режимов работы широкополосных ЛБВ с неоднородной спиральной замедляющей системой // В сб. Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика: Тез. докл. VII Всерос. конф. молодых ученых. Саратов, 24-26 сентября 2012. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2012 г. С. 69-70.

127. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М. Расчет электродинамических параметров замедляющей системы ЛБВ- усилителя с ленточным электронным пучком, работающего в субтерагерцовом диапазоне //

Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика: тезисы докладов IX Всероссийской конференции молодых ученых. Саратов. 2-4 сентября 2014 г. Саратов: Изд-во СГУ, 2014. С. 63-64.

128. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М. Расчет основных характеристик ЛБВ-усилителя миллиметрового диапазона с ленточным электронным пучком // Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика. Тезисы докладов X Всероссийской конференции молодых ученых (Саратов. 8-10 сентября 2015 г.) Саратов: Изд-во «Техно-Декор», 2015. С. 61-62.

129. Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М. Расчет нелинейных характеристик ЛБВ-усилителя терагерцевого диапазона с ленточным электронным пучком // Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика. Тезисы докладов XI Всероссийской конференции молодых ученых (Саратов. 6-8 сентября 2016 г.) Саратов: Изд-во «Техно-Декор», 2016. С. 74-75.

130. Каретникова Т.А. Методика расчёта режимов линейного усиления и самовозбуждения в неоднородных широкополосных ЛБВ // В сб. Научные исследования студентов Саратовского государственного университета: Материалы итог. студ. науч. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010 г. С. 4-6.