طراحی و شبیه‌سازی مولد هارمونیک مبتنی بر لامپ کلایسترون باند Ka به W با استفاده از روش نوسان هسته

رضوی, سید محسن; حمیدی, عماد; رضوی, سید محمد جواد

طراحی و شبیه‌سازی مولد هارمونیک مبتنی بر لامپ کلایسترون باند Ka به W با استفاده از روش نوسان هسته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران ایران

² استادیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران ایران

³ دانشیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران ایران

چکیده

در این مقاله ، یک مولد هارمونیکی مبتنی بر لامپ کلایسترون ارائه‌شده است که سیگنال ورودی آن در باند Ka و سیگنال خروجی تقویت‌شده‌ی آن در باند W است. طراحی مولد هارمونیکی بر اساس کلایسترون باند Ka انجام‌شده است که موجب کاهش چگالی جریان پرتوی الکترونی در ناحیه برهم‌کنش، کاهش چگالی کاتد در تفنگ الکترونی و کاهش میدان مغناطیسی DC موردنیاز برای همگرانگهداشتن پرتوی الکترونی می‌شود. کاهش پارامترهای ذکرشده، چالش‌ها و پیچیدگی‌های مربوط به ساخت را کاسته و امکان دستیابی به توان‌های بالا در باند W را افزایش می‌دهد. یکی از چالش‌های مولد‌های هارمونیکی کم بودن بازدهی آنها است که سعی شده است با استفاده از روش نوسان هسته که از روش‌های جدید در افزایش بازدهی لامپ‌های کلایسترون می‌باشد، بازدهی الکترونی را افزایش داد. ساختار مولد هارمونیکی طراحی‌شده مشتمل بر چهار محفظه‌ی باند Ka و یک محفظه‌ی باند W است. طراحی با استفاده از نرم‌افزار AJDisk و یک کد بومی انجام‌شده است. ساختار طراحی‌شده با استفاده از بخش PIC نرم‌افزار CST شبیه‌سازی شده است . توان خروجی RF در باند W ( فرکانس 9/93 گیگاهرتز) 4/6 کیلووات با بازدهی 16% بدست آمده است. فرکانس ورودی در باند Ka (فرکانس 3/31 گیگاهرتز ) می‌باشد. بهره این دستگاه که معادل است با نسبت توان خروجی به توان ورودی 9/53 دسی‌بل بدست آمده است. برای کاهش ولتاژ روی شکاف محفظه‌ی خروجی و جلوگیری از پدیده‌ی شکست در بخش خروجی از محفظه‌های تعامل گسترده استفاده‌شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and simulation of Ka to W band Klystron Harmonic Generator using Core Oscillation Method (COM)

نویسندگان [English]

seyed mohsen razavi ¹
emad hamidi ²
seyed mohammad javad razavi ³

¹ PhD student, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

³ Associate Professor, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this article, a harmonic generator based on klystron is presented, whose input signal is in Ka band and its amplified output signal is in W band. Harmonic generator design is based on Ka-band klystron, which reduces the electron beam current density in the interaction region, reduces the cathode density in the electron gun, and reduces the DC magnetic field required for electron beam convergence. Reducing the mentioned parameters reduces the challenges and complications related to the construction and increases the possibility of achieving high powers in the W band. One of the challenges of harmonic generators is their low efficiency, which has been tried to increase the electron efficiency by using the core oscillation method, which is one of the new methods for increasing the efficiency of klystron amplifiers. The designed harmonic generator structure consists of four Ka band cavity and one W band cavities. The design is done using AJDisk software and a indigenous code. The designed structure is simulated using the PIC studio of CST software. RF output power in W band (93.9 GHz frequency) is 6.4 kW with 16% efficiency. The input frequency is in the Ka band (31.3 GHz frequency). The gain of this device, which is equivalent to the ratio of output power to input power, is 53.9 dB. Extended interaction cavities have been used to reduce the voltage on the gap of the output cavity that prevents the RF breakdown.

کلیدواژه‌ها [English]