Растяжение, усиление и компрессия микроволновых импульсов с использованием спирально гофрированных волноводов

Продемонстрирована возможность переноса в микроволновую электронику широко используемого в лазерной физике СPA-метода (Chirped Pulse Amplification) формирования мощных ультракоротких импульсов, основанного на предварительном растяжении начального импульса в стретчере, последовательном по времени усилении его спектральных компонент в широкополосном усилителе и заключительном сжатии в линии с отрицательной дисперсией (компрессоре). Рассмотрена схема, в которой в каждой секции, включающей стретчер, усилитель и компрессор, в качестве рабочего пространства используются волноводы с многозаходной винтовой гофрировкой. Дисперсионные характеристики последних могут варьироваться в широких пределах за счёт изменения геометрических параметров, что позволяет обеспечить оптимальные законы дисперсии в стретчере и компрессоре, а также наибольшую полосу усиления. Кроме того, указанные дисперсионные элементы позволяют избежать паразитных отражений сигнала вследствие отсутствия полос непропускания в рабочем диапазоне частот. Моделирование в рамках метода связанных волн показало перспективность предложенной схемы. В частности, при использовании экспериментально реализованной гиротронной лампы бегущей волны (гиро-ЛБВ) диапазона 30 ГГц пиковая мощность входного 300-ваттного импульса с длительностью 200 пс может быть увеличена до 4 МВт, что примерно в 6 раз превосходит мощность запитывающего электронного пучка. При непосредственном (в отсутствие стретчера и компрессора) усилении указанного начального импульса в той же гиро-ЛБВ пиковая мощность на выходе не превышает 250 кВт.

На английском языке
Stretching, Amplification, and Compression of Microwave Pulses Using Helically Corrugated Waveguides
Ginzburg N.S.
Yurovsky L.A.
Vilkov M.N.
Zotova I.V.
Sergeev A.S.
Samsonov S.V.
Yakovlev I.V.

We demonstrate the possible implementation of the chirped pulse amplification (CPA) method, which is widely used in optics, for the microwave frequency band. This method is based on the preliminary elongation of the incident pulse in the stretcher, sequential amplification of spectral components in a wideband amplifier, and final compression in a line with negative dispersion (compressor). A circuit is considered in which multifold, helically corrugated waveguides are used as an operating space in each section, including a stretcher, an amplifier, and a compressor. The dispersion characteristics of such waveguides can vary significantly when its geometrical parameters are changed, which makes it possible to ensure optimal dispersion characteristics in the stretcher and compressor, as well as the largest gain bandwidth in the amplifier. In addition, these dispersive elements allow us to avoid spurious reflection of the signal due to the absence of a stopband in the operating frequency range. Simulations within the framework of the coupled-wave approach showed the prospects of the circuit proposed. In particular, using an experimentally realized 30-GHz gyro-TWT, the peak power of a 200-ns, 300-W incident pulse can be increased up to 4 MW, which is about six times higher than the power of the driving electron beam. With direct amplification (in the absence of a stretcher and a compressor) of the specified incident pulse in the same gyro-TWT, the output peak power does not exceed 250 kW.