Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68146110.31857/S0033849424070067HYYCQEЭЛЕКТРОНИКА СВЧResearch ArticleDevelopment of the W-band traveling-wave tube with sheet electron beam and staggered double-grating slow wave structureРазработка лампы бегущей волны W-диапазона с ленточным электронным пучком и замедляющей системой типа сдвоенная гребенкаTitovV. N.ТитовВ. Н.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comChistyakovI. A.ЧистяковИ. А.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comNavrotskyI. A.НавроцкийИ. А.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comZolotykhD. N.ЗолотыхД. Н.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comTorgashovR. A.ТоргашовР. А.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comAbramovО. R.АбрамовО. Р.
Russian Federation
torgashovra@gmail.comGorshkovaE. V.ГоршковаЕ. В.
Russian Federation
torgashovra@gmail.comEmelyanovV. V.ЕмельяновВ. В.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comRyskinN. M.РыскинН. М.
Russian Federation

Saratov Branch V.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

torgashovra@gmail.comV.A. Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RASИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНSaratov State UniversityСаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского“RPE “Almaz”АО «НПП «Алмаз»1507202469764865530052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://innoscience.ru/0033-8494/article/view/681461

In this work, results of development of a W-band O-type traveling-wave tube with sheet electron beam are presented. The staggered double-grating slow-wave stricture with wideband input/output coupling structures was designed and optimized and its high-frequency electromagnetic parameters were calculated. The results of 3D particle-in-cell simulation of beam-wave interaction in the TWT are presented. Gain over 30 dB in the 25-GHz frequency band was obtained. A sample of an electron gun with an impregnated cathode, focusing electrode, and anode, providing the formation of a sheet electron beam with a high-aspect ratio and a current of 0.1 A, was designed and fabricated. The design of the vacuum window is presented, and the technology of its fabrication is discussed.

Приведены результаты разработки лампы бегущей волны O-типа W-диапазона с ленточным электронным пучком. Разработана и оптимизирована конструкция замедляющей системы в виде сдвоенной гребенки с широкополосными согласующими устройствами ввода–вывода, проведен расчет ее электродинамических параметров. Представлены результаты трехмерного компьютерного моделирования процессов усиления в ЛБВ методом частиц в ячейке. Получен коэффициент усиления, превышающий 30 дБ в полосе частот около 25 ГГц. Разработан и изготовлен макет электронной пушки с прессованным импрегнированным катодом, фокусирующим электродом и анодом, обеспечивающий формирование ленточного электронного пучка с высокоаспектным соотношением сторон и током 0.1 А. Представлена конструкция вакуумного окна, обсуждается технология его изготовления.

millimeter bandtraveling-wave tubeslow-wave structurestaggered double-gratingelectron gunsheet electron beamмиллиметровый диапазонлампа бегущей волнызамедляющая системасдвоенная гребенкаэлектронная пушкаленточный электронный пучокРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-49-02017Григорьев А.Д. Терагерцевая электроника. М.: Физматлит, 2021.Zhang X.-C., Xu J. Introduction to THz Wave Photonics. N.Y.: Springer, 2010. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0978-7Rieh J.-S. Introduction to Terahertz Electronics. N.Y.: Springer, 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-51842-4THz Communications. Paving the Way Towards Wireless Tbps / Eds T.Kürner, D.M. Mittleman, T. Nagatsuma. Springer Series in Optical Sciences. V. 234. N.Y.: Springer, 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-73738-2Paoloni C., Gamzina D., Letizia R. et al. // J. Electromag. Waves Appl. 2021. V. 35. № 5. P. 567. https://doi.org/10.1080/09205071.2020.1848643Shin Y.M., Baig A., Barnett L.R. et al. // IEEE Trans. 2011. V. ED-58. № 9. P. 3213. https://doi.org/10.1109/TED.2011.2159842Baig A., Gamzina D., Kimura T. et al. // IEEE Trans. 2017. V. ED-64. № 5. P. 2390. https://doi.org/10.1109/TED.2017.2682159Karetnikova T.A., Rozhnev A.G., Ryskin N.M. et al. // IEEE Trans. 2018. V. ED-65. № 6. P. 2129. https://doi.org/10.1109/TED.2017.2787960Shin Y.-M., Stockwell B., Begum R., et al. // IEEE Trans. 2023. V. ED-70. № 6. P. 2738. https://doi.org/10.1109/TED.2023.3241834Zhang C., Pan P., Cai J. et al. // IEEE Trans. 2023. V. ED-70. № 6. P. 2798. https://doi.org/10.1109/TED.2022.3233291Yang R., Xu J., Yue L. et al. // IEEE Trans. 2022. V. ED-69. № 5. P. 2656. https://doi.org/10.1109/TED.2022.3161255Рожнев А.Г., Рыскин Н.М., Каретникова Т.А. и др. // Изв. вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56. № 8—9. С. 601.Каретникова Т.А., Рожнев А.Г., Рыскин Н.М. и др. // РЭ. 2016. Т. 61. № 1. С. 54. https://doi.org/10.1134/S1064226915120116Давидович М.В. // ЖТФ. 2019. Т. 89. № 2. С. 280. https://doi.org/10.21883/JTF.2019.02.47084.80-18Shin Y.-M., Barnett L.R., Luhmann N.C. // IEEE Trans. 2009. V. ED-56. № 5. P. 706. https://doi.org/10.1109/TED.2009.2015404Wang J., Shu G., Liu G. et al. // IEEE Trans. 2016. V. ED-63. № 1. P. 504. https://doi.org/10.1109/TED.2015.2502620Srivastava V., Srivastava N. // 3rd Intern. Conf. and Workshops on Recent Advances and Innovations in Engineering (ICRAIE). Jaipur, India. 22–25 Nov. N.Y.: IEEE, 2018. P. 1. https://doi.org/10.1109/ICRAIE.2018.8710392Srivastava V. // IETE Tech. Rev. 2018. V. 36. № 5. P. 501. https://doi.org/10.1080/02564602.2018.1509738Zheng Y., Gamzina D., Himes L. et al. // IEEE 2020. V. THz-10. № 4. P. 411. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2020.2995826Nguyen K.T., Pasour J.A., Antonsen T.M. et al. // IEEE Trans. 2009. V. ED56. № 5. P. 744. https://doi.org/10.1109/TED.2009.2015420Ruan C., Wang S., Han Y., et al. // IEEE Trans. 2014. V. ED-61. № 6. P. 1643. https://doi.org/10.1109/TED.2014.2299286Navrotsky I.A., Burtsev A.A., Emelyanov V.V. et al. // IEEE Trans. 2021. V. ED-68. № 2. P. 798. https://doi.org/10.1109/TED.2020.3041425Zheng Y., Gamzina D., Popovic B., Luhmann N.C. // IEEE Trans. 2016. V. ED-63. № 11. P. 4466. https://doi.org/10.1109/TED.2016.2606322Yang L., Wang J., Li H., et al. // IEEE Trans. 2017. V. TPS-45. № 5. P. 805. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2688480Zhang C., Pan P., Chen X. et al. // Electronics. 2021. V. 10. Р. 3051. https://doi.org/10.3390/electronics10243051Yin P.C., Xu J., Yang R.C. et al. // IEEE Electron Device Lett. 2022. V. 43. № 8. P. 1343. https://doi.org/10.1109/LED.2022.3187160Cook A.M., Joye C.D., Kimura T. et al. // IEEE Trans. 2013. V. ED-60. № 3. P. 1257. https://doi.org/10.1109/TED.2012.2232929Сазонов В.П., Терехина З.Н., Лямзин В.М. // Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника СВЧ. 1972. Вып. 3(8). С. 1.