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

در این مقاله، یک مولد هارمونیکی مبتنی بر لامپ کلایسترون ارائه‌شده است که سیگنال ورودی آن در باند ka و سیگنال خروجی تقویت‌شدة 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 همگرا نگه‌داشتن 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 کم‌بودن بازدهی آنها است که سعی شده است با استفاده از روش نوسان هسته1 که از روش‌های جدید در افزایش بازدهی لامپ‌های کلایسترون می‌باشد، بازدهی الکترونی را افزایش داد. ساختار مولد هارمونیکی طراحی‌شده مشتمل بر چهار محفظة باند ka و یک محفظة باند w است.  طراحی با استفاده از نرم‌افزار 2ajdisk  و یک کد بومی انجام‌شده است. ساختار طراحی‌شده با استفاده از بخش  3pic نرم‌افزار  4cst  شبیه‌سازی شده است. توان خروجی 5rf  در باند w  (فرکانس 93.9  گیگاهرتز) 6.4 کیلووات با بازدهی 16% به‌دست‌آمده است. فرکانس ورودی در باند ka (فرکانس 31.3 گیگاهرتز) می‌باشد. بهره این دستگاه که معادل است با نسبت توان خروجی به توان ورودی 53.9 دسی‌بل به‌دست‌آمده است. برای کاهش ولتاژ روی شکاف محفظة خروجی و جلوگیری از پدیدة شکست در بخش خروجی از محفظه‌های تعامل گسترده استفاده‌شده است.

design and simulation of ka to w band klystron harmonic generator using core oscillation method (com)

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