应用型电子直线加速器用C波段大功率速调管研究与开发

为满足C波段应用型直线加速器功率源要求,研制了一支C波段大功率速调管。通过对电子枪结构模拟计算并利用正反向组合式聚焦线圈调整过渡区磁场,完成了电子光学系统设计,电子注通过率达到100%,电子注波动率为4.8%。综合应用一维至三维计算程序对注-波互作用段开展参数优化及PIC仿真,最终确定了6个谐振腔的速调管方案。腔体加工冷测调配后焊接形成整管,并开展了高功率测试,在电子注电压为115 kV、电流为79.6 A条件下,馈入频率为5712 MHz、功率为100 W的信号时,该速调管可输出的峰值功率为3.52 MW,增益为45.5 dB,效率为38.5%,达到了预期研制目标。

TH2103A型速调管阳极电流测量和保护系统

[目的]工作频率3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中。为了简化高压供电系统(去掉阳极调制中的电真空四极管),在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式。为了保证速调管在该供电模式下安全运行,研制了阳极电流的测量和保护系统。[方法]对该供电模式下的阳极电流特点进行了分析:阳极电流会出现正常、正向过流或反向过流的情况。当阳极电流出现正向过流或反向过流时,代表有大量的电子轰击阳极或大量电子从阳极流出,这些现象对速调管来说都是非常危险的,通常会引起速调管钛泵过流,甚至损坏速调管。因此对阳极电流进行准确的测量以及当阳极电流出现过流时切断高压对速调管进行保护非常重要。文章介绍了阳极电流测量系统的原理和供电模式,阳极保护系统的原理和实施方案,在实验过程中对阳极电流的测量和保护系统的可靠性进行了验证。[结果]证明了该供电模式下阳极电流测量和保护系统的有效性和可靠性。[结论]文章所述供电模式和阳极测量保护系统对基于TH2103A型速调管的运行和维护具有重要参考意义。

高功率高效率速调管输出耦合器的优化与设计

输出耦合器作为速调管关键部件,其性能直接关系到速调管的整体表现。然而,耦合器故障却是速调管及多种真空电子设备中最为常见的问题之一,特别是在高连续波功率运行场景下,这一问题更为突出。针对连续波650 MHz/800 kW高效率速调管,对输出耦合器进行优化设计,并在单注和多注速调管耦合器测试方面取得了重要突破:单注速调管输出耦合器在连续波模式下的测试功率已达到690 kW以上,为了进一步增加功率容量,采用T-bar结构过渡,并对耦合器进行优化设计,使陶瓷附近电场分布更均匀;而多注速调管矩形波导窗输出耦合器最高测试功率达到全驻波115 kW。此外,通过对耦合器的结构、材料以及散热方式进行分析与优化,积极探索提升耦合器功率容量的多种可能途径,进一步增强了速调管的稳定性和可靠性。

C波段50mW多注速调管高频系统的设计

本文提出一种全新的、应用于C波段50 mW高功率多注速调管输出系统。该系统首次采用TM 310高次模式多注结构,将整管工作电压由单注的354 kV大幅降低至250 kV,整管长度由单注的1.4 m缩短至0.9 m;并创新性地采用矩形TM 310结构,结合输出波导补偿结构,有效地解决了圆形TM 310结构外品质数不足的问题,保证了整管的输出稳定性。本文提出的C波段50 mW多注速调管能大幅降低整管工作电压、减小体积,可大幅提高系统的可靠性及机动性。本文研究的新型结构C波段50 mW多注速调管高频系统有效解决了高次模式高功率稳定输出的问题,降低了输出结构的设计复杂性、减小了传输系统体积并降低了成本,对未来多注高峰值功率产品的设计具有非常重要的意义。

工业应用的S波段小型化连续波速调管的设计

速调管具有大功率、高效率、长寿命的特点和优势,在大科学和工业加热中有着广泛的应用。针对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)应用设计了一种10~15 kW级的小型化连续波速调管,速调管总重量小于30 kg,在电压16 kV、电子注电流2 A的状态下获得了大于17 kW的输出功率,效率达到56%以上。

一种抑制栅控多注速调管雷达发射机射频泄漏的方法

针对某型C波段栅控多注速调管雷达发射机在无激励信号条件下的射频泄漏问题,研究分析了问题原因,提出抑制多注速调管自激振荡和减少微波泄漏的改进方法,优化发射机调制脉冲和激励信号加入时机的技术方案,并研制了相关硬件。测试表明,改进后原雷达发射机射频泄漏得到有效抑制,有效降低了射频泄漏对雷达自身产生的不利影响。改进方法和结果对于同类型雷达发射机具有借鉴意义。

速调管高功放固态化改造技术方案设计

高功放是地球站播出系统关键传输设备,目前,广东卫星地球站速调管高功放使用时间长,逐渐老化,存在播出隐患,因此提出速调管高功放固态化改造需求。从速调管高功放和固态高功放的各方面进行比较,阐明固态高功放的优点,通过计算确定固态高功放的功率需求,根据广东卫星地球站的客观情况,制定速调管高功放固态化改造技术方案。

CINRAD/SB聚焦线圈与速调管故障诊断、定位与排除实例

为了解决聚焦线圈故障隐蔽、速调管故障诊断复杂的问题,文章在分析速调管、聚焦线圈设计原理的基础上结合CINRAD/SB新一代天气雷达速调管及聚焦线圈组成框图,通过分析关键部件及关键点的指标参数及波形、实测参数及波形,调整关键部件及关键点参数、波形来判断速调管及其外围组件情况,成功分析、定位及排除了CINRAD/SB雷达速调管及聚焦线圈造成的系统高压不准及无回波故障。

速调管高功率放大器告警信息、故障信息及故障案例分析

本文简单概述了速调管高功率放大器告警信息和故障信息的主要功能,并通过速调管高功率放大器的几个典型故障案例,介绍了如何使用速调管高功率放大器告警信息和故障信息,对故障进行排查、分析和处理。

大功率速调管的技术现状和研究进展

本文介绍了大功率速调管的技术现状、发展动态和应用情况,介绍了我国在该领域开展的主要研究工作和取得的主要研究进展,并对速调管技术的发展进行了展望。

应用型电子直线加速器用C波段大功率速调管物理设计

为满足C波段直线加速器功率源要求,本文设计了一支C波段大功率速调管。该速调管主要由电子光学系统、注-波互作用段及收集极构成,利用EGUN程序及一维、二维大信号计算程序等对各部分开展迭代优化后,对整管进行模拟仿真计算,最终完成了一支工作频率为5712 MHz、由6个谐振腔组成的大功率速调管物理设计。仿真结果表明,在工作电压120 kV、工作电流83.3 A条件下,输入功率为100 W时,该速调管得到了4.65 MW稳定输出功率,效率达到46.5%,增益达到46.7 dB。

应用于高功率微波的速调管和正交场器件

速调管和正交场器件是两种高峰值功率真空器件,是高功率微波领域常用的微波源。本文首先介绍了行波管、速调管、回旋管和正交场器件等4类真空器件在高功率微波系统中的应用潜力及在电磁对抗领域的优点,并指出速调管和正交场器件在高功率微波领域应用的功率优势;其次,简单介绍了美国和俄罗斯利用高功率速调管和正交场器件的典型微波武器系统和装备;最后,从小型化、高功率及阵列式等方面介绍了速调管和正交场器件在高功率微波领域的技术发展和应用前景等情况。在速调管的应用方面:小型化速调管适合于移动灵活的微波武器平台;阵列式速调管适合应用于多功能相控阵微波武器系统;高峰值速调管适合用于集中发射式微波武器。在正交场器件方面:阵列式磁控管适合应用于毫米波高功率相干合成;高功率磁控管主要用于车载、船载等快速移动小型化微波武器平台;前向波放大管利用其透明通过特性应用于察打一体化系统。

大功率速调管的技术现状和最新进展

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空电子器件,它具有高功率、高效率、高增益和高稳定性等优点,是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。速调管自20世纪30年代发明以来,在粒子加速器、雷达和通信等微波电子系统,以及真空电子技术进步的推动下,已发展成功多种类型大功率速调管,其频率覆盖整个微波,并扩展到毫米波和太赫兹波段,最大脉冲功率达200MW,最大平均(连续波)功率达MW级。近年来,在高能粒子加速器、宽带雷达系统、毫米波和太赫兹波电子系统的推动下,大功率速调管取得了令人瞩目的进步,本文比较系统地介绍了大功率速调管的技术现状和在提高功率、提高效率、提高工作频率、展宽带宽等方面取得的最新进展。

小型化加速器用X波段多注速调管的研制与测试

介绍了一种应用于加速器系统的X波段高功率多注速调管,该管脉冲输出功率达到2.2 MW,增益大于45 dB,效率大于55%。文章对该速调管的电子光学系统、高频系统、输能系统以及收集极等各项专题的设计及模拟仿真进行了详细介绍,设计过程和结果可以为其它同类型的高功率多注速调管提供技术基础。

S波段小型化高峰值功率多注速调管提高效率的研究

针对一个已有的S波段小型化6 MW多注速调管进行效率提升研究。通过优化输出腔和输出波导系统的设计,提高电子光学系统与高频结构的互作用效率和速调管的效率,进而减少速调管的供电功率。经过优化后的速调管在保持原有的小型化设计下,效率提升了10%。

反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管的设计与研制

设计并制备了一支可作为医疗加速器系统中功率源的反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管。介绍了速调管的整体设计细节及仿真过程,对电子光学及磁聚焦系统、高功率输能系统、高频互作用系统等主要部分的设计进行了论述,同时给出了样管的测试数据,在S波段加速器工作频率上获得了大于3 MW的峰值输出功率。

一种具有双输出端口的200-kW Ka波段速调管的集成互作用电路设计

文章提出了一种基于集成互作用单元的高效谐振电路,以改善注波互作用,将Ka波段速调管的峰值功率提高到200 kW。被集成的单元电路设计是基于矩形间隙波导中级联的场结构,通过特定边界条件的融合,将两个或多个单注-波互作用单元横向连接在一起(每个单元通常用于传统的单注速调管)。针对输入腔,通过优化注加载参数和腔体参数将两个互作用单元有效地整合在一起,以获得~35 GHz恒定输入功率下的最佳吸收效率。输出腔1)设计有两个输出端口,以平衡功率提取对集成互作用电路的影响;2)通过优化两个预调制的电子束得到200-kW的峰值功率。在注电压为45 kV、单个注电流为5.6 A的条件下,通过粒子模拟(PIC),所设计的Ka波段速调管的整体互作用电路能够产生202.9-kW的峰值功率,效率为40.2%,增益最大达到47 dB。

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明:当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为−60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为−58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm(约0.6λ)。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。

大功率速调管用氧化物阴极研究

根据大功率速调管的设计要求阴极的电流密度不低于14 A/cm^(2),目前这种类型速调管所用M阴极工作温度需要不低于1080℃,所需灯丝功率高达26~28 W。本文介绍一种适用于该类型速调管的改良氧化物阴极的制备技术,这种阴极采用镍合金活性基底代替纯镍基底,涂层采用含钪四元氧化物。结果显示:这种氧化物阴极速调管支取电流密度为15 A/cm^(2)时,阴极温度为910℃,灯丝功率为20.97 W,灯丝功率比M型阴极降低了约20%。

基于多注速调管的S波段9MeV能量可调加速管设计与研制

设计了一种S波段9 MeV驻波电子直线加速管。工作频率为2998 MHz,管长为780 mm。其使用3.1 MW多注速调管作为微波功率源,最大工作比可达到2‰,同时通过调节加速管输入功率及电子枪高压,可实现打靶电子束能量连续可调,可应用于无损检测领域,为工业探伤提供合适的能量、提高探伤效率。本文以工业领域常用的9 MeV/6 MeV能挡为例进行仿真设计及束流测试。