Модель двухступенчатого активного компрессора СВЧ-импульсов с открытым двухзеркальным накопительным резонатором в первой ступени / A Model of Two-Stage Active Compressor of Microwave-Pulses with Open Two-Mirror Storage Resonator in the First Stage

Пазынин В.Л. / Pazynin, V.L.
Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины / Usikov Institute of Radiophysics and Electronics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Выпуск в базе РИНЦ
Пазынин В.Л. Модель двухступенчатого активного компрессора СВЧ-импульсов с открытым двухзеркальным накопительным резонатором в первой ступени // Физические основы приборостроения. 2020. Т. 9. № 3(37). С. 14–27. DOI: 10.25210/jfop-2003-014027
Pazynin, V.L. A Model of Two-Stage Active Compressor of Microwave-Pulses with Open Two-Mirror Storage Resonator in the First Stage // Physical Bases of Instrumentation. 2020. Vol. 9. No. 3(37). P. 14–27. DOI: 10.25210/jfop-2003-014027

Аннотация: В работе предложена модель двухступенчатого компрессора СВЧ-импульсов. Для накопления энергии в первой ступени использован открытый двухзеркальный резонатор с дифракционной решеткой, состоящей из четырех металлических брусьев прямоугольного сечения. Эта решетка позволила существенно проредить спектр собственных колебаний открытого резонатора и увеличить добротность выбранного рабочего колебания. Проведенные численные эксперименты позволили строго промоделировать все переходные процессы в компрессоре: накопление энергии в первой ступени, ее резонансную перекачку во вторую ступень, сброс в отводящий волновод. В численной модели получено значение коэффициента увеличения пиковой мощности импульса накачки 20.9дБ.
Abstract: А model of a two-stage microwave pulse compressor was proposed. For energy storage in the first stage, an open two-mirror resonator with a diffraction grating consisting of four metal bars of rectangular cross-section is used. This grating made it possible to significantly thin out the spectrum of eigen oscillations of the open resonator and to increase the quality factor of the selected operating oscillation. The numerical experiments have allowed strictly simulate all the transient processes in the compressor: the accumulation of energy in the first stage of its resonant pumping of the second stage, evacuation into the outgoing waveguide. The 20.9 dB of the peak power amplification of the pump pulse was obtained in the numerical model.
Ключевые слова: конфокальный резонатор, дифракционная решетка, метод конечных разностей во временной области, electromagnetic pulse compressor, confocal resonator, diffraction grating, конфокальный резонатор

Литература / References
  1. Девятков Н. Д., Диденко А. Н., Замятина Л. Я., Разин С. В., Юшков Ю. Г. Формирование мощных импульсов при накоплении СВЧ-энергии в резонаторе // Радиотехника и электроника. 1980. № 6. С. 1227-1230.
  2. Артеменко С. Н., Каминский В. Л., Юшков Ю. Г. Накопление и вывод энергии на H01 волне из цилиндрического резонатора // Журнал технической физики. 1986. № 7. С. 1424-1425.
  3. Диденко А. Н., Новиков С. А., Разин С. В., Чумерин П. Ю., Юшков Ю. Г. Формирование мощных сверхширокополосных радиосигналов при последовательной временной компрессии СВЧ-энергии // Доклады Академии наук СССР. 1991. Т. 321. № 3. С. 518-520.
  4. Вихарев А. Л., Горбачев А. М., Иванов О. А., Исаев В. А., Кузиков С. В., Колыско А. Л., Петелин М. И. Активный компрессор СВЧ-импульсов на осесимметричной моде круглого волновода // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. № 20. С. 6-11.
  5. Ivanov, O.A., Lobaev, M.A., Vikharev, A.L., Gorbachev, A.M., Isaev, V.A., Hirshfield, J.L., Gold, S.H., and Kinkead, A.K. Active Microwave Pulse Compressor Using an Electron-Beam Triggered Switch // Physical Review Letters. 2013. Vol. 110. P. 115002-1-115002-5. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.115002
  6. Бараев С. В., Коровин О. П. Повышение эффективности накачки резонансного СВЧ накопителя // Журнал технической физики. 1980. Т. 50. № 11. С. 2465-2467.
  7. Артеменко С. Н., Юшков Ю. Г. О предельных параметрах резонансных СВЧ компрессоров // Известия ВУЗов. Физика. 2011. Т. 54. № 11/2. С. 215-219.
  8. Артеменко С. Н., Самойленко Г. М. Коммутация режимов накопления и вывода сверхвысокочастотного электромагнитного излучения в сверхпроводящих резонансных компрессорах с интерференционным переключателем // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2014. Т. 57. № 1. С. 23-34.
  9. Сенюков В. А. Линейные ускорители электронов с компрессией энергии ВЧ-поля генератора // Дисс. … д. т. н., 01.04.20 — физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника. Москва. 1996.
  10. Иванников В. И., Черноусов Ю. Д., Шеболаев И. В. Переходные процессы в паре связанных резонаторов // Журнал технической физики. 1996. Т. 66. № 5. С. 162-167.
  11. Иванников В. И., Черноусов Ю. Д., Шеболаев И. В. Схема формирования высокочастотных импульсов переключаемым резонатором // Журнал технической физики. 1997. Т. 67. № 11. С. 139-141.
  12. Иванников В. И., Черноусов Ю. Д., Шеболаев И. В. Свойства связанных резонаторов // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45. № 2. С. 180-184.
  13. Artemenko, S. N., Avgustinovich, V.A., Novikov, S.A., Chumerin, P.Yu., Yushkov, Yu.G. Microwave Pulse Series Compression with Second Stage Cavity Being Transmission — Type One // Proc. Of the 16-th International Symposium on High Current Electronics, Tomsk (Russia). 2010. P. 470-473.
  14. Artemenko, S. N., Samoilenko, G.M., Shlapakovski, A.S., Yushkov, Yu.G. Cryogenic Resonant Microwave Compressors with Energy Extraction Through “Warm” Interference Switches // Journal of Applied Physics. 2016. Vol. 119. Iss. 1. P. 014501-1-014501-6. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4939303
  15. Стрелков С. П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964.
  16. Мигулин В. В., Медведев В. И., Мустель Е. Р., Парыгин В. Н. Основы теории колебаний. М.: Наука, 1988.
  17. Kuzmitchev, I.K., Melezhyk, P.M., Pazynin, V.L., Sirenko, K.Yu., Sirenko, Yu.K., Shafalyuk, O.S., Velychko, L.G. Model Synthesis of Energy // Радиофизика и электроника: Сб. трудов ИРЭ им. А. Я. Усикова НАН Украины. 2008. Т. 13. № 2. С. 166-172.
  18. Sirenko, K., Pazynin, V., Sirenko, Y., and Bagci, H. Compression and Radiation of High-Power Short Radio Pulses. I. Energy Accumulation in Direct-Flow Waveguide Compressors // Progress in Electromagnetics Research. 2011. Vol. 116. P. 239-270. DOI: 10.2528/PIER11022003
  19. Sirenko, K., Pazynin, V., Sirenko, Y., Bagci, H. Compression and Radiation of High-Power Short Radio Pulses. II. A Novel Antenna Array Design with Combined Compressor/Radiator Elements // Progress in Electromagnetics Research. 2011. Vol. 116. P. 271-296. DOI: 10.2528/PIER11022004
  20. Pazynin, V.L. Simulation of the Characteristics of an Active Microwave Power Compressor // Telecommunications and Radio Engineering. 2017. Vol. 76. Iss. 12. P. 1033-1047. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v76.i12.10
  21. Пазынин В. Л. Строгая электродинамическая модель накопительного резонатора активного компрессора СВЧ мощности // Физические основы приборостроения. 2018. Т. 7. № 3(29). С. 86-106. DOI: 10.25210/Jfop-1803-086107.
  22. Pazynin, V., Sirenko, K., Sirenko, Y. High-Power Short Pulses Compression: Analysis and Modeling // Electromagnetic Waves in Complex Systems. Springer, Cham. 2016. P. 327-385. DOI: 10.1007/978-3-319-31631-4_6.
  23. Taflove, A., Hagness, S.C. Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method. Boston, London: Artech House. 2000.
  24. Пазинін В. Л. Моделювання і аналіз процесів пасивної та активної компресії електромагнітних імпульсів мікрохвильового та оптичного діапазонів // Дисс. д. ф.- м. н., 01.04.03 — радіофізика, Харків. 2019.
  25. Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, 1990.
  26. Мейтленд А., Данн М. Введение в физику лазеров. М.: Наука, 1978.
  27. Крылов К. И., Прокопенко В. Т., Тарлыков В. А. Основы лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1990.
  28. Косарев Е. Л. Открытый резонатор с эшелеттной решеткой // Электроника больших мощностей. М.: Наука, 1968. № 5. С. 96-104.
  29. Автономов В. П., Бельтюгов В. Н., Очкин В. Н., Соболев Н. Н., Удалов Ю. Б. Исследование частотно-селективных отражательной решетки в лазерном резонаторе // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 10. С. 2097-2106.
  30. Белоус О. И., Фисун А. И., Ткаченко В. И., Кириленко А. А. Возбуждение колебаний в открытых резонаторах с эшелеттными и уголковоэшелеттными зеркалами // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45. № 5. С. 632-639.
  31. Сиренко Ю. К. Моделирование и анализ переходных процессов в открытых периодических, волноводных и компактных резонаторах. Харьков: ЭДЕНА. 2003.
  32. Velychko, L.G., Sirenko, Y.K. Controlled Changes in Spectra of Open Quasi-Optical Resonators // Progress in Electromagnetics Research B. 2009. Vol. 16. P. 85-105.
  33. Birx, D.L., Scalapino, D.J. Microwave Energy Compression Using a High-Intensity Electron Beam Switch // Journal of Applied Physics. 1980. Vol. 51. Iss. 7. P. 3629-3631. DOI: https://doi.org/10.1063/1.328143.
  34. https://drive.google.com/open?id=1503a-hu-oswhytx94ve-oxwg5ziwspn0