用于高速无线通信的毫米波行波管

毫米波行波管可以为高速无线通信提供高性能与实用化的功率放大器解决方案.国外正在开展多项基于毫米波行波管的高速无线通信技术的研究,工作频率范围在71~300GHz.本文综述了国内外71~235GHz的毫米波行波管的技术发展与研制水平,并结合作者所在团队的研究成果分析了研制该类器件所需要解决的慢波结构微加工、新型慢波结构设计和宽带低损耗输能等关键技术.

折叠波导行波管PIC模拟中的相位分析方法研究

由于非线性计算特别是场相位方面缺乏专门的分析工具及方法,一直难以对折叠波导行波管的电子效率及副特性进行准确分析。通过CST PARTICLE STUDIO的PIC仿真模块,利用行波管注波互作用中的轴向基波电流与轴向基波电场的相位差表征注波相位关系,提出了一种相位分析方法。通过比较V波段折叠波导行波管单跳变周期结构与均匀周期结构的注波互作用模拟结果,揭示了注波互作用中相位聚焦的物理机理,优化后电子效率提高了5.13%,验证了PIC模拟中相位分析方法的合理性。

折叠波导行波管注波互作用过程分析新方法

本文提出了折叠波导行波管注波互作用过程分析新方法。首先引入间隙功率流密度幅值、间隙产生功率流参量、间隙放大率参量、注波相位差的定义,然后以W波段折叠波导行波管为例,基于CST PIC数值模拟,利用该方法对折叠波导行波管的注波互作用物理过程进行分析,论述了间隙放大率参量曲线的物理意义,指出相速最佳起跳点位于从第二线性放大区进入非线性放大区的位置,通过对比不同起跳位置的仿真结果,验证了该方法的合理性与正确性,可以进一步研究相速再同步技术,提高互作用效率。

E波段81~86 GHz行波管放大器研制

介绍了一种面向高速无线通信应用的E波段连续波行波管放大器(TWTA)。该放大器将E波段折叠波导行波管和小型化高压电源集成为一体,外部仅需低压供电,使用便捷。放大器主要性能指标包括:工作频率81~86 GHz,饱和输出功率>80 W,小信号增益>38 dB,总效率>22%,外形尺寸为38 cm×20 cm×6.3 cm,可满足机载使用环境,具有大功率、宽带、高效率、小型化及高可靠的优点。

大功率V波段螺旋线行波管慢波结构设计模拟

针对大功率V波段螺旋线行波管进行了慢波结构的设计,并通过三维电磁模拟软件和三维大信号注波互作用模拟软件对慢波结构的冷特性和注波互作用特性进行了模拟,模拟结果显示,在频带52~62GHz范围内,输出功率大于200 W,增益大于43dB,电子效率大于19%。

E波段10Gbps级超宽带毫米波无线通信系统设计与验证

毫米波的自由空间损耗是限制其无线通信传输距离的瓶颈之一。为实现超宽带、高速率毫米波信号的远距离无线传输,研究真空放大模块在无线通信传输中的应用验证,文中通过研制基带信号发射/接收处理模块、毫米波上下变频模块、大功率行波管等,设计实现了基于真空放大模块的毫米波无线传输系统,其工作带宽不小于2 GHz,传输速率3.3 Gbps~10.1 Gbps可调。文中采用大功率耦合器和一对矩形喇叭天线对系统进行了空口传输测试,试验测得系统误码率为10量级。根据链路余量折算,等同信噪比条件下,系统空口传输距离不小于10 km,实现了超宽带、大容量毫米波信号的高性能无线传输。

无线通信用E波段行波管放大器热力学可靠性研究

本文主要从可靠性方面对一种面向无线通信用的E波段连续波行波管放大器进行了分析,针对无线通信环境条件,利用ANSYS有限元分析软件对行波管放大器热力学可靠性进行了仿真优化,论证了其在未来典型应用场景中的可行性。

大功率宽频带G波段三次谐波放大器设计研究

针对G波段真空电子器件对大功率、宽频带信号源的需求,开展了G波段三次谐波放大器研究。该放大器利用E波段行波管非线性互作用中的三次谐波电流,通过级联谐波互作用段实现G波段电磁波放大。高性能、实用化G波段宽频带大功率源的设计方案采用非半圆弯曲波导边界折叠波导,利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对G波段三次谐波放大器进行模拟优化,结果显示,器件在15 GHz范围内可实现谐波输出功率>3.6 W,转换增益>33.3 dB,电子效率>0.36%。与其他工作在该频段的小型化太赫兹辐射源相比,谐波放大器在输出功率和带宽方面性能优越,为后续开展G波段三次谐波放大器的实际研制工作提供了设计基础。

短毫米波行波管双周期永磁聚焦仿真设计

通过对行波管周期永磁聚焦系统的研究,设计了适用于短毫米波行波管的双周期永磁聚焦系统,该结构轴向磁场分布中三次谐波对一次谐波占比接近50%,有效上移聚焦不稳定区。通过三维软件CST、OPERA对行波管的电子光学系统进行仿真计算,仿真结果表明双周期结构能够在较大磁场周期下实现电子注的低脉动传输,流通率达到100%,电子注的波动为25%。双周期永磁聚焦系统能够有效扩大聚焦周期,降低聚焦压力。