C波段连续波磁控管设计

本文介绍了一种C波段连续波磁控管的设计仿真,首先进行了谐振腔参数设计,通过CST仿真软件进行本征模分析,建立了高频结构模型模拟动态PIC仿真,再通过对比磁控管预起振时阳极电流的不同状态,反向分析阴极的不同发射条件对磁控管起振的影响。最后完成对磁控管制管测试工作,得到工作电压6.3 kV,工作频率5.8 GHz,输出功率1 kW,阳极电流0.3 A及效率52.9%的C波段连续波磁控管。

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。

采用格林函数法的渐变脊波导设计

文中运用格林函数法设计出切比雪夫渐变脊波导,采用数值方法对理论设计进行实例验证,并利用微波工作室对设计结果进行了瞬态分析,实验表明在40%的带宽内,其驻波系数小于1.1。作为输能装置,这种脊波导具有渐变长度短、匹配特性好、工作频带宽、驻波系数小等优点,并已经应用于C波段前向波放大管。

Ka波段冷阴极磁控管启动特性研究

冷阴极磁控管是一种性价比很高的可靠微波源,它具有瞬时启动、寿命长、可靠性高、系统容易实现小型化的优点。选用钯钡合金和难熔金属钽作为冷阴极材料,钽环作为一次发射体,由场致发射提供一次电子,钯钡合金为二次发射体,钯钡合金在一次电子的轰击下产生二次电子,两者提供磁控管阴阳极电流,实现磁控管正常振荡。从理论上详细分析了钽环厚度和钯钡合金温度对冷阴极启动特性的影响,基于理论分析结果,开展不同钽环厚度和阴极温度条件下磁控管工作性能研究,最终选用厚度为0.05 mm的钽环作为冷阴极一次发射体,阴极工作温度在315~836℃之间,成功研制输出功率20 k W的Ka波段冷阴极磁控管,冷启动稳定时间小于5 s,工作寿命超过500 h。

毫米波空间谐波磁控管效率探析

采用非π模空间谐波工作是磁控管往毫米波和太赫兹方向发展的有效实现手段,与同频率π模基波工作磁控管相比,空间谐波磁控管的谐振腔尺寸更大,磁场更低,但效率偏低。本文从单电子模型出发,分析了空间谐波磁控管注波互作用,得到单电子瞬时功率影响因素的公式,电子效率主要受到高频场旋转角速度Ω_(m)和高频电场m次空间谐波的角向分量E_(φm)影响。然后从角速度和空间谐波场方面分析了空间谐波磁控管低效率的原因。最后,基于理论分析从耦合阻抗、径向电场和角向电场三个方面开展提高效率的试验研究,成功研制了W波段空间谐波磁控管样管,在脉冲宽度400 ns,工作比为0.42%,工作电压13.6 kV条件下,电子与高频场的π/2模负一次空间谐波同步互作用,输出峰值功率11.2 kW,工作效率达到8.2%。

磁控管中辅助热阴极式冷阴极技术研究

冷阴极技术是磁控管的重要发展方向,辅助热阴极式冷阴极技术在短毫米波和太赫兹磁控管中应用,可以突破阴极尺寸的限制,突破阴极发射能力的瓶颈,延长阴极使用寿命。文中对辅助热阴极式冷阴极的基本原理进行了理论分析,采用PIC软件分析了不同工作条件下电子相位的分布情况,在此基础上开展了W波段辅助热阴极式冷阴极磁控管试验研究,在磁场0.72 T、电压14.6 kV条件下,磁控管输出功率340 W,工作频率95.913 GHz,磁控管能正常起振。

W波段脉冲磁控管高频系统设计和研究

分析了W波段普通磁控管受限的原因,提出了π/2模空间谐波磁控管的设计思路,并对π/2谐振系统进行了理论分析,设计了一种W波段π/2模谐振系统,并对谐振系统进行了仿真分析。

Ka波段磁控管冷阴极技术研究

冷阴极技术是磁控管发展的重要方向,冷阴极磁控管具有稳定性好、可靠性高、瞬间启动的特点。通过三种类型阴极磁控管冷启动特性对比分析,最终选择合金阴极作为冷阴极磁控管的发射体。采用合金阴极研制的磁控管,可以可靠地实现冷启动,起振稳定时间小于5 s,脉冲宽度、输出功率等电参数指标与传统热阴极一致。

一体化均热板在行波管功率放大器热设计中的应用

目前行波管功率放大器体积越来越小、功率越来越大,势必带来放大器热源集中,热流密度大的问题。为解决设备内部大功率器件的集中发热问题,采用一体化均热板散热器可有效降低行波管收集极温度,从而有效解决放大器内部集中发热问题,提高了放大器的可靠性和稳定性。

W波段空间谐波磁控管π/2模品质因数的计算

谐振腔品质因数是描述磁控管特性的重要参数,本文分别采用线路法和场解法对W波段空间谐波磁控管π/2模品质因数进行计算,并与CST仿真结果进行了对比,验证了两种方法的正确性,这为W波段空间谐波磁控管π/2模品质因数的计算提供了理论依据。

X波段小型化正阳极磁控管的研制

本文介绍了一种X波段小型化正阳极磁控管的研制,建立了高频结构仿真模型,讨论了本征模、电子运动状态和输出特性等高频特性;从阳极结构、输出结构和磁系统三个方面进行了小型化设计,并分析了小型化结构的绝缘和散热特性;在仿真分析和结构设计的基础上,开展了制管试验研究,在脉冲宽度5μs和工作比1‰的条件下,当阳极脉冲电压4.8 kV时,输出脉冲功率5.8 kW,频谱主副瓣比12.0 dB,成功研制了X波段小型化正阳极磁控管,试验样管的体积为65 mm×40 mm×45 mm,重量仅300 g。

8mm捷变频磁控管捷变系统设计与实现

8mm系列同轴磁控管已定型多年,在保证工作条件和射频性能不变的前提下实现频率捷变是提高武器作战系统性能的必然要求。本文着重阐述了8mm捷变频磁控管捷变系统的设计与实现,研制结果表明,该捷变系统具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高及方便组合多种捷变带宽和捷变速率的特点,为实现8mm捷变频系列磁控管的研制奠定了基础,为其它8mm磁控管实现频率捷变提供了设计依据和实验经验。

Ku波段微波无线输能系统技术研究

微波无线输能是未来能量传输的一种重要手段,在太阳能电站、孤岛输电、无人机供电、能源卫星等军民用领域有广泛应用前景。根据能源卫星无线传能这一应用需求,基于高效率真空功率器件,文中将载波频率拓展到Ku波段,高压电源采用单级谐振变化技术,显著降低了变换器开关损耗;微波源为高效率行波管,采用螺距动态速度渐变再同步技术和多级降压收集极技术,大幅度提高了互作用和收集效率;微波整流采用肖特基二极管,并进行多路合成,降低了插入损耗,优化了整流效率。据此搭建了Ku波段高效率远距离微波无线输能系统,经测试,在载波频率12.5 GHz、传输距离25 m条件下,微波发射功率150 W,市电到直流(AC-DC)总转换效率达5.6%。

S波段低电压宽带前向波放大管设计研究

前向波放大管是一种低电压、高效率、低噪声、可瞬时启动的正交场放大器,本文介绍了一种S波段低电压宽频带前向波放大管的模拟设计。从慢波结构色散特性、驻波系数、插入损耗等方面讨论了单螺旋耦合翼片慢波结构;定性分析了正交场器件冷启动技术,重点介绍前向波管冷阴极启动性能、阴极材料以及目前技术水平,并讨论了前向波放大管可以低电压工作的主要原因;在理论分析的基础上,建立了S波段前向波放大管仿真模型,通过优化设计了S波段低电压宽频带前向波放大管,在工作电压9.8 kV、工作磁场0.32 T的条件下,当激励功率为3 kW时,阳极脉冲电流小于12.0 A,输出脉冲功率超过60 kW,效率大于50%,增益大于13 dB,相对带宽超过10%。

Ka波段高功率盒形窗谐振鬼模分析

本文通过对Ka波段高功率磁控管在研制生产中输出窗偶发打火现象的分析,揭示了该Ka波段高功率盒形窗谐振模式(鬼模)的存在;采用CST微波工作室对该盒形窗进行了谐振机理研究,清晰地分析出谐振鬼模的产生原因、存在条件及其影响;提出了通过改变窗片厚度消除带内谐振鬼模的方法,既保证了输出窗带内通过性能,又将谐振鬼模移出了工作频带。