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。

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。

Development and testing of a high-power S-band klystron at BINP SB RAS

This paper details the development and testing of the first working prototype of the S-band high-power klystron,accomplished at the Budker Institute of Nuclear Physics,Siberian Branch,Russian Academy of Sciences(BINP SB RAS).Upon testing,the klystron demonstrated the following parameters:an operating frequency of 2856 MHz and a peak power output of 50 MW.The paper presents the klystron's design,its constituent units,and pertinent processing procedures,along with discussions on the measurement of its parameters.

基于激光视觉传感的布局规划方法研究

对于激光跟踪测量任务来说,测量场规划结果十分关键,设计基于激光视觉传感的布局规划方法,以满足实际应用需求。基于激光视觉传感技术设计激光视觉传感器,由相机、滤光片、激光器构成,用于采集测量场图像。对于采集图像,使用自适应中值滤波器对其实施去噪处理。设计应用规划引擎与CAM2的布局规划算法,在多次迭代中,使用粒子群算法求解,通过该算法实现测量场的布局规划。测试结果表明,设计方法两个站位的布局规划结果是互补的,说明该布局规划能够完成测量任务,规划结果有效。

基于激光多普勒振动谱的数控机床主轴故障在线诊断

针对现有数控机床主轴故障检测算法存在的检测精度低、故障分类效果差等不足,提出一种基于激光多普勒振动谱的在线针对方案。先构建以激光器和探测器为核心部件的激光多普勒故障检测系统,采集故障数据集并对数据进行降维处理;然后针对机床主轴多故障模态的情况,基于可变经验模态分解(VMD)算法分解故障的本征模态分量,形成新的故障特征集;最后利用经过改进的深度卷积神经网络训练故障特征集,实现对多故障模态的分类识别和诊断。实验结果显示,所提算法信号源频率误差值较低,在故障点的诊断和分类识别过程中,效果显著优于传统故障在线诊断算法。

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。

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。

基于数字孪生的双馈风力发电机功率波动平抑系统

为了提高双馈风力发电机功率的平抑效果,设计基于数字孪生的双馈风力发电机功率波动平抑系统。借助数字孪生五维模型搭建系统框架;确定系统各功能硬件;设计系统软件,基于数字孪生技术映射设备模块,采集数据;利用经验模态分解法和小波阈值法处理信号;利用孪生神经网络判断功率波动程度;基于PID设计功率平抑控制器,实现波动平抑。测试结果表明,经过所设计系统平抑后,功率波动在允许范围内且峭度因子达到了1.785,解决了平抑效果不佳的问题。

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%。

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。

X波段高功率宽带速调管滤波器实验研究

介绍了一种相对带宽为6.3%、峰值功率为1 MW的X波段宽带速调管的四节滤波器,结合实际使用要求,使用相关电磁软件对滤波器结构进行模拟计算和优化,通过制管对计算结果进行了验证,在测试和使用中达到了技术指标要求。

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。

基于新型多间隙谐振腔的W波段高次模式扩展互作用速调管设计

提出了一种工作在TM_(310)模式下的用于高次模式速调管的新型谐振腔。通过对侧腔电场的离散化,可以有效地增强中间腔和侧腔的电场。当两腔均工作在TM_(310)模式时,新型谐振腔的特性阻抗均高于传统的哑铃型腔。对两种腔体进行了尺寸敏感性分析。在此基础上,设计了一个W频段的射频电路。当向射频电路注入45 mW的输入功率时,获得了52.4 dB的高增益和7.8 kW的峰值输出功率。互作用电路由25 kV、2 A的圆形电子注驱动。该互作用电路的电子效率和3-dB带宽分别为15.6%和120 MHz。

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。

X波段同轴腔多注速调管的研究

开展了具有同轴谐振腔互作用电路和双模工作杆控电子枪的X波段同轴腔双模多注速调管的研究工作.结合数值计算和冷测实验,对工作于TM310高次模的同轴谐振腔模式分布和特性参数进行研究,获得了可满足多注速调管要求的谐振腔特性阻抗和良好的模式稳定性.采用具有双控制极的新型杆控多注电子枪及电子光学系统,可使多注速调管具有双模的新工作特性,通过数值模拟获得了优化的几何参数和具有良好层流性和波动性的空心多电子注.对采用6个电子注和5个谐振腔的X波段多注速调管进行了注波互作用大信号计算,结果表明当电子注电压为21.5kV,脉冲电流为14.4A时,可在30MHz频带范围内获得的100kW左右的脉冲输出功率,互作用效率大于30%,增益大于36dB.

L波段相对论速调管输入腔研究

介绍Ｌ波段强流相对论速调管放大器输入腔的数值分析、新型的结构设计和实验调试及其应用等方面的情况，对输入腔进行了特别的结构设计，解决了大耦合孔对谐振腔参数的不良影响，设计符合ＲＫＡ应用的要求。均匀电子束经过输入腔后，得到了约６％的最大基波调制电流深度。

长脉冲相对论速调管放大器杂频振荡的分析与抑制

分析了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)输出微波杂频振荡和功率波形包络振荡的主要根源,采用粒子模拟程序对RKA电子束尺寸和阻抗、群聚距离、输出腔有载Q值、引导磁场、注入微波等参数的调节,有效抑制了杂频振荡.根据分析结果开展了相应的实验研究,得到了较好的实验结果,输出微波由300MW提高到540MW,脉宽由50ns提高到120ns,辐射微波重复频率20Hz,束波转换效率30%,杂频振荡得到了有效抑制.