• Оротрон с двухрядной периодической структурой коротковолновой части миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн с верхней границей перестройки частоты 500 ггц
  
  

  Исследование физических процессов взаимодействия электронного потока с высокочастотными полями двух зеркальных открытых резонаторов с многофокусными фокусирующими зеркалами, разработка конструкции, технология изготовления и исследование работы созданных экспериментальных макетов прибора, работающих при импульсном напряжении до 20кВ со скважностью Т/τ = 10000 и непрерывной откачке.
  В настоящее время источники электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового диапазона волн (КВЧММДВ) и субмиллиметрового диапазона волн (СУБММДВ) с импульсной выходной мощностью соответственно от единиц киловатта до единиц ватта представляют большой интерес для различных применений. Прежде всего, это - исследование радиофизических свойств атмосферы, ближняя радиолокация в диапазоне линий поглощения кислорода или водяного пара, обычная радиолокация в окнах прозрачности атмосферы, радио видение и т.д. Особое место занимает использование источников этих диапазонов в спектроскопии. В связи с чрезвычайной насыщенностью средствами передачи информации спектра традиционного для них СВЧ диапазона, в недалёком будущем ими начнет интенсивно осваиваться как КВЧММДВ, так и СУБММДВ.
  На рисунке 1 приведен один из вариантов конструкции такого прибора.
  

  

  Рис. 1. Схема конструкции оротрона с фокусирующим пяти фокусным зеркалом. 1.-фокусирующее зеркало. 2 -катод. 3- коллектор.. 4 - электронный поток.5.-ДРПС на плоском зеркале.

  Одним из перспективных генераторов этих диапазонов волн с широким диапазоном перестройки частоты является оротрон с двухрядной периодической структурой (ДРПС) и двух зеркальным открытым резонатором (ОР) с многофокусным фокусирующим зеркалом.

• Исследование физических процессов в генераторах на ЛПД, приводящих к генерации шума, создание генераторов на ЛПД миллиметрового диапазона

  Исследование физических процессов взаимодействия электронного потока с высокочастотными полями двух зеркальных открытых резонаторов с многофокусными фокусирующими зеркалами, разработка конструкции, технология изготовления и исследование работы созданных экспериментальных макетов прибора, работающих при импульсном напряжении до 20кВ со скважностью Т/τ = 10000 и непрерывной откачке.
  В настоящее время источники электромагнитных колебаний коротковолновой части миллиметрового диапазона волн (КВЧММДВ) и субмиллиметрового диапазона волн (СУБММДВ) с импульсной выходной мощностью соответственно от единиц киловатта до единиц ватта представляют большой интерес для различных применений. Прежде всего, это - исследование радиофизических свойств атмосферы, ближняя радиолокация в диапазоне линий поглощения кислорода или водяного пара, обычная радиолокация в окнах прозрачности атмосферы, радио видение и т.д. Особое место занимает использование источников этих диапазонов в спектроскопии. В связи с чрезвычайной насыщенностью средствами передачи информации спектра традиционного для них СВЧ диапазона, в недалёком будущем ими начнет интенсивно осваиваться как КВЧММДВ, так и СУБММДВ.
  На рисунке 1 приведен один из вариантов конструкции такого прибора.
  

  

  На рис. представлен ГШЛПД 8мм диапазона и спектры 2ух ГШЛПД с интегральной мощностью 30мВт (1) и 10мВт (2).

  

  На рис - ГШЛПД 3мм диапазона и его спектры для разных токов ЛПД (снизу вверх: 62 мА, 70 мА, 80 мА и 88 мА) с интегральной мощностью 3мВт и шириной спектра F = 86.5…90.5ГГц по уровню -3дБ.

  Одним из перспективных генераторов этих диапазонов волн с широким диапазоном перестройки частоты является оротрон с двухрядной периодической структурой (ДРПС) и двух зеркальным открытым резонатором (ОР) с многофокусным фокусирующим зеркалом.

• Шумовая локация с двойным спектральным анализом сигнала при цифровой обработке вторичного спектра в 8 мм диапазоне

  ШРЛ со спектральной обработкой сигнала в обычном варианте исполнения, как известно, для определения дальности до объекта содержит в своём составе два анализатора спектра. Первый – высокочастотный, с помощью которого производится последовательный анализ спектра суммарного сигнала на несущей частоте. Если расстояние L до объекта L > l = c/F (c – скорость света, а F – ширина спектра зондирующего шумового сигнала), то при сложении отражённого от объекта и опорного сигналов в сумматоре происходит их некогерентная интерференция, сопровождающаяся возникновением периодической неравномерности с периодом Δf в спектре суммарного сигнала. Она однозначно определяет расстояние до объекта: L = c/2Δf. Поскольку анализ спектра шумового широкополосного сигнала производится в результате его развёртки во времени, то на видео выходе первого анализатора спектра (АС) после детектирования формируется новый, но низкочастотный сигнал, который содержит как полезную информацию о дальности до объекта, так и о скорости развёртки. Используя низкочастотный анализатор спектра (второй) для нахождения спектра этого сигнала, можно более точно определить расстояние до объекта, так как в этом случае необходимо произвести анализ всего одной спектральной составляющей (а не широкополосного шумового сигнала) и, кроме того, ширина спектральной линии гетеродина второго АС может быть существенно уже, чем первого. При этом новая частота Ω в спектре низкочастотного сигнала определяется, как скоростью развёртки первого АС S = F/2τ Гц/сек (где, τ - время развёртки), так и периодом неравномерности Δf простым соотношением: Ω = S/Δf. Определив Ω, сразу же однозначно можно определить расстояние до объекта по формуле: L = сΩ /2S

  (а) (б)

  Рис. Временная реализация а) и её мгновенный спектр б) на экране монитора персонального компьютера при дальности до объекта 9м.

• Проведен анализ электродинамических характеристик открытых резонаторов (ОР). На основе исследования электродинамических характеристик (ЭДХ) ОР, образованных многофокусным сферическим и плоским зеркалами с использованием на плоских зеркалах периодических структур: однорядной - «четвертьволновой гребенки», у которой высота ламели hs = λ/4, или двухрядной (ДРПС) «полуволновой» - (hs = λ/2) и «промежуточной» – (λ/4< hs< λ/2), где λ - длина волны, и проведено сравнение их ЭДХ. Показано, что в ОР с «промежуточной» ДРПС имеет место неизвестная ранее особенность распределения высокочастотного поля основного типа колебания по оси симметрии ОР.
  На Рис.4а представлена анимационная картина ВЧ поля Е005 по координате Y (по оси симметрии двухзеркального ОР), а на Рис.4б распределение ВЧ поля Е005 по координате Y, (X = 0, Z = 0).для hs/λ > 0.3-0.32.

  
  Рис.4а

  
  Рис.4б

  Публикации:
  
  • Мясин Е.А., Соловьёв А.Н. Об особенности свойств резонатора оротрона с двухрядной периодической структурой// Радиотехника и электроника.2021. Т.66. №7. С 673-681

• Факт увеличения эффективности взаимодействия при выполнении условий превращения «промежуточной» гребёнки в «четверть волновую» был подтверждён экспериментом, проведенным практически одновременно с результатами расчёта. В эксперименте в оротроне с «промежуточной» ДРПС коротковолновой части миллиметрового диапазона на частоте 190 ГГц была получена мощность 20Вт при КПД 2.2%. На Рисунке приведены результаты этих экспериментов.

  
  Рис. Зависимость выходной мощности (Р1,Р2), тока пучка (I1,I2), напряжения (U1, U2) от частоты при разной величине связи (D1,D2) ОР с нагрузкой в оротроне с 7-ми фокусным сфероцилиндрическим фокусирующим зеркалом: D1= 3мм, D2=2.5мм

  Как видно на Рисунке, максимальная мощность в 20Вт достигается при большей величине связи ОР с нагрузкой при D2=2.5мм., когда отверстие вывода энергии из ОР располагается ближе к последнему фокусу многофокусного сфероцилиндрического зеркала.

  Публикации:
  
  • Мясин Е.А., Евдокимов В.В., Ильин А.Ю., Соловьёв А.Н. Оротрон с двухрядной периодической структурой коротковолновой части миллиметрового диапазона. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №2.

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН