Ku波段回旋行波管设计与分析

设计了用于Ku波段的介质加载回旋行波管。阐述了磁控注入电子枪的设计,采用均匀介质加载的结构来抑制回旋行波管的自激振荡,降低了回旋行波管的起振电流,同时提高了寄生模式的起振长度。设计了线极化输入耦合器。设计的回旋行波管工作电压为70kV,工作电流为10A,最大峰值功率210kW,最大功率处增益为35dB,3dB带宽为1.8GHz。

回旋速调管双阳极磁控注入电子枪的设计与优化

根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求,分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响,并进行了粒子模拟。分析表明:这些因素可归根为电场和磁场的作用,阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散;而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比,但对速度零散影响无明显规律。在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压,模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪,得到的横纵速度比值为1.4,横向速度零散为4.5%,为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注。

高功率圆波导多孔阵列定向耦合器设计

设计了一种应用于8mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式,从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上,结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点,提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势,带内耦合度波动较小,有效频带范围较宽,且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨,可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。

Ka波段TE_(10)~□-TE_(01)~○宽带模式变换器的设计

给出了一种十字交叉形TE10□-TE01○宽带模式变换器的设计原理。同时,完成了一支Ka波段TE10□-TE01○模式变换器的设计方案。根据该设计方案在高频分析软件HFSS中建立三维模型进行仿真优化。通过优化设计获得了0.042 dB的带宽为13.5 GHz(26.5～40 GHz)的高性能TE10□-TE01○宽带模式变换器。冷测实验表明优化设计结果与冷测结果较吻合。热测实验表明设计出的模式变换器输出较纯。

Ka波段TE_(01)模回旋行波管宽带输入耦合器的设计

Ka波段TE01模回旋行波管的输入耦合器将矩形波导中输入的TE10模转化为圆波导中TE01模的行波场,以实现对回旋电子注角向速度的调制。本文首先对Ka波段TE01模回旋行波管的输入耦合器进行了解析分析和数值计算。通过数值计算得到输入耦合器的初步结构和尺寸,然后利用三维高频分析软件HFSS进行精确的模拟和修正。通过优化设计在Ka波段获得了3 dB带宽约为3 GHz,1 dB带宽大于2GHz的高性能TE1□0-TE4◎11-TE0○1输入耦合器和3 dB带宽约为3.5 GHz,1 dB带宽约为3 GHz的高性能TE1□0-TE5◎11-TE0○1输入耦合器。冷测实验研究表明优化设计结果与冷测结果相吻合。

介质加载回旋行波管互作用结构

分布式介质加载技术已被成功应用于回旋行波管的高频结构,该结构对于回旋行波管的自激振荡起到很好的抑制作用。对采用分布式介质加载的Ka波段,工作模式为TE01模的回旋行波管进行了稳定性分析;计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗,以及不同传播损耗下工作模式的起振电流;对不同介质加载条件和工作电流,给出了三个主要寄生模式的起振长度;在对介质加载回旋行波管工作和寄生模式稳定性综合分析的基础上,确定了介质加载厚度及相对介电常数等参数。利用优化设计的高频结构及介质加载参数,进行了整管热测实验,得到了输出功率160kW,饱和增益40dB,效率22.8%及3dB带宽5%的回旋行波管。

34GHz TE_(01)模基波回旋速调管高频系统设计与实验

利用场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的级联散射矩阵.通过数值计算,完成了Ka波段TE01模回旋速调管的输入腔、群聚腔、输出腔的设计与制作.同时给出了一支Ka波段TE01模四腔基波回旋速调管高频系统和整管的优化设计方案.PIC模拟表明:在中心频率34 GHz、注电压70 kV、注电流11 A的情况下,获得了输出功率390kW,饱和增益42.9 dB,电子效率50.6%,3 dB输出带宽360 MHz的结果.通过样管的热测实验显示在34 GHz,注电压70 kV,注电流11 A,获得了301 kW的稳定输出脉冲峰值功率,41.8 dB的增益,39.1%的效率,285 MHz的3dB输出带宽.

高功率毫米波回旋器件的需求及发展

本文概述了高功率毫米波回旋器件的主要应用领域和需求,简要介绍了在需求推动下的国际、国内高功率毫米波源——回旋器件研究的现状和发展,对未来高功率毫米波源的发展进行了展望。

大直径波纹内导体同轴慢波结构特性的研究

提出了易以加工的大直径波纹内导体相对论返波振荡器慢波结构,推导了这种慢波结构的冷色散方程和耦合阻抗计算公式,数值计算并详细分析了相关结构参数对TM0n模式色散曲线分离度以及TM02模式的高频场耦合阻抗的影响.结果表明:慢波结构周期、波纹深度以及电子注平均半径都对高频场耦合阻抗有影响;这种慢波结构在抑制模式竞争、以及在低引导磁场下工作等方面都有较大的优势.

W波段高功率回旋行波管宽带输入窗设计

利用场匹配理论和传输级联矩阵建立多层介质窗的分析方法,对回旋行波管输入窗进行解析分析。在理论分析的基础上,通过数值计算得到回旋行波管宽带输入窗的初步结构和尺寸,然后再利用三维高频分析软件HFSS进行仿真和验证。通过优化设计,在W波段获得了传输系数大于-0.04 dB,反射系数小于-20 dB的带宽大于8 GHz的宽带输入窗。冷测实验表明冷测结果与设计参数较为吻合。

Ka波段8路径向波导空间功率分配(合成)器

通过理论研究以及高频仿真相结合的方法分析设计了一款新型Ka波段8路径向波导空间功率分配(合成)器。研发的新结构输入输出段为标准矩形波导结构,代替了传统功率分配(合成)器输入输出段的同轴结构,这种新型全金属结构更加简单紧凑,更易于加工。仿真结果表明:功率分配(合成)器工作带宽达到了34%(12GHz),基本覆盖整个Ka波段;全频带内反射系数S11低于-20dB,各支路的相位差均小于5°。通过在同轴波导渐变段引入切比雪夫渐变结构,在减小了器件尺寸的同时,在整个频带内的网络S参数也不错。这款新型Ka波段8路径向波导功率分配(合成)器将应用于前级固态功率放大器,推动回旋行波管项目研发。

Ka波段宽带TE_(01)~d-TE_(10)~W多孔定向耦合器的设计

利用小孔耦合理论,设计了一种应用于Ka波段回旋放大管输出功率和频谱测量的TEd01-TEW10多孔阵列定向耦合器。根据正向叠加和反向相消原则确定圆波导半径及相邻耦合孔间距,用MATLAB编写程序对耦合度及定向性随耦合器尺寸相关参数的变化做了数值分析。数值计算表明:增加耦合孔数目、扩大孔半径及减小孔厚度均可提高耦合度,而耦合孔数目的增加在工作频带内还可提高定向性。给出了16孔定向耦合器尺寸优化设计参数,并利用CST电磁软件对其进行了仿真验证,仿真结果与数值模拟近似一致,其耦合度为-35±0.9 dB,定向性高于24 dB,带宽高达6 GHz。冷测实验表明所设计定向耦合器满足设计要求。

Ka波段SIW魔T的研究和设计

由于传统波导魔T所占体积比较大,而且不利于集成,为了使所设计魔T体积更小,更利于集成,基于基片集成波导(SIW)理论设计了一种平面魔T,其下层结构为H-T分支,而上层结构为使用电耦合方式实现的E-T分支。且所设计的SIW魔T较传统波导魔T来说,具有体积小,易于生产和集成等优点,且通过对电耦合缝的研究,可以简化魔T的匹配,易于调谐。且利用仿真软件HFSS可以看出在30.35GHz-31.55GHz,所得到的各端口的回波损耗均优于-20d B,E臂H臂的隔离优于-40d B,具有较好的性能。

Kα波段TE_(01)模基波回旋速调放大器的设计与实验

在回旋速调放大器自洽非线性大信号理论分析和数值计算的基础上,给出了一支Kα波段TE01模4腔基波回旋速调放大器的设计方案,并完成了样管的研制.同时对样管进行了热测实验,得到了如下实验结果:注电压为70kV,电流为10A,输入功率为60W,磁场强度1.31T,中心频率34GHz,峰值功率245kW,平均功率大于3kW,增益36.1dB,效率35%,3dB带宽大于280MHz.

Kα波段介质加载回旋行波管小信号分析与设计

应用分析回旋行波管绝对不稳定性的Briggs-Bers相碰判据与小信号色散方程,并结合介质加载波导的冷场分析,通过数值计算比较了不同介质加载条件下回旋行波管工作模式的起振电流与寄生模式的起振长度,通过改变加载介质的特性参数从而增加行波损耗可以显著提高工作模式起振电流,并抑制掉寄生模式的返波振荡.结合介质加载波导冷场分析与回旋行波管小信号色散方程,分析了介质加载条件下回旋行波管小信号增益,给出了不同介质加载条件下的回旋行波管的小信号增益带宽曲线.在对介质回旋行波管自激振荡与小信号增益的综合分析基础上,对Kα波段的介质加载回旋行波管进行了具体的优化设计,给出了其工作参数的选取的依据与范围,为非线形分析提供了理论支撑与初始参数.