W波段分布作用速调管的研制

简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果,并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统,阴极电压17 kV,阴极电流0.78 A;高频系统由5间隙和11间隙(输出腔)的分布作用腔组成,采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。

一种220 GHz分布作用速调管的高频系统模拟

对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算,通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的 S 11 的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算,初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数,进而对EIK进行了 PIC 互作用模拟计算,结果表明:该EIK的3 dB工作频带为219.5~220.5 GHz,3 dB带宽为1 GHz,最大功率为456 W,最大增益为40.06 dB。在此基础上,通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐,用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明,EIK的3 dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定,而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时,可以使EIK的3 dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽;当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时,EIK的增益在其3 dB工作频带内较为平坦,EIK的输出信号在其3 dB工作频带内比较稳定,频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明,当中间腔的波导头宽度为0.747 mm时,EIK获得了接近最优的性能,3 dB工作频带为219.5~220.0 GHz,3 dB带宽扩展到1.2 GHz,最大功率为630 W,相应的最大电子效率为11.3%,最大增益为47 dB。

Ka波段分布作用速调管技术

本文主要介绍了一种Ka波段分布作用多注速调管的设计思路及其相关技术的研究成果;内容主要包括分布作用技术和多电子注技术在Ka波段速调管的应用;采用CAD技术对毫米波速调管设计的模拟研究,以及毫米波速调管制造技术的研究。文中将模拟计算和实验测试结果进行了对比验证,并提出了改进的方向。

分布作用速调管大信号计算模型的研究

该文建立了分布作用速调管(EIK)注波互作用模拟的大信号计算模型。该模型基于1维电子圆盘模型,考虑了电子圆盘间的空间电荷力。在电子与高频场互作用计算中采用双间隙耦合腔等效电路方法,并在间隙阻抗矩阵的计算中考虑了耦合腔中每个间隙电子电导的影响。依据该模型编写了计算程序,并与MAGIC3D仿真结果进行了比较验证,结果相符合。该计算模型可以扩展到三间隙乃至更多间隙谐振腔的分布作用速调管注波互作用的大信号计算模拟中。

带状注分布作用速调管多间隙谐振腔高频特性

带状注分布作用速调管(SBEIK)的典型特征是平面多间隙谐振腔及其分布式注波互作用系统.对应用于W波段微型化SBEIK的一种强耦合式五间隙分布作用谐振腔进行了研究,并结合传统的弱耦合式谐振腔与输出腔对其高频特性进行了深入分析,结果表明强耦合式腔体具备谐振模式隔离、各间隙高频场(RF)的耦合及其能量输出的良好技术优势.此外,对五间隙谐振腔周期结构引入的轴向简并模式竞争问题进行了研究,得到其工作模式与竞争模式之间的频率间隔在600 MHz以上,完全可以满足SBEIK整体方案设计中100 MHz带宽的要求.最后,利用三维粒子模拟(PIC)软件对优化后的强耦合式五间隙输出腔注波互作用性能进行了初步的模拟仿真,验证了其在相应工作模式上具备了高功率产生与输出的技术特征.本研究工作对毫米波和太赫兹频段高功率SBEIK的物理设计与工程研究具有重要的价值.

W波段分布作用速调管电子光学系统的研究

本文设计了W波段分布作用速调管高压缩比电子枪和均匀场永磁聚焦系统;分析了电子枪区瓷封边对枪区磁场以及电子注直流通过率的影响;分析了不同聚焦磁场下的电子枪区磁场,并进行了测试分析,获得和模拟相一致的结果;给出了电子枪区铁磁性材料的两种工程上的可行性解决方案,增大磁屏开孔方案和部分瓷封边替换方案,其中采用瓷封边部分替换方案可以获得高的电子枪面压缩比.

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。

Ka波段分布作用速调管发射机实验系统

介绍一个Ka波段分布作用速调管(EIK)发射机的实验系统,使用的核心器件是一只国产分布作用速调管样管,中心频率为35.01GHz,脉冲输出功率为10kW,最大工作比0.5%。该实验系统是为Ka/W波段双频毫米波测云仪发射机关键器件国产化进行的预研。实验系统一方面要对EIK样管的性能进行全面测试,对EIK样管在应用中可能存在的问题进行分析;另一方面优化发射机电路,满足EIK样管最佳工作要求。实验结果表明,国产Ka波段分布作用速调管技术取得了长足的进步,Ka波段大功率EIK发射机将进入实用阶段。

W波段分布作用速调管的设计和实验研究

基于运动学理论、感应电流定理和电荷守恒定律,分析了分布作用谐振腔的渡越时间效应,推导了各个谐振腔工作于π模的电子注与微波之间的能量转换系数、电子负载电导和电子负载电纳,计算结果显示采用分布作用谐振腔有利于提高速调管的工作效率.利用三维电磁仿真软件,设计了一款工作于W波段的分布作用速调管.完成了速调管的加工和封接,搭建了测试平台,开展了相关实验研究.实验结果显示,当电子注电压20.8 kV,电流0.3 A,输入功率30 mW时,在中心频率95.37 GHz处,得到了175 W峰值脉冲输出功率,电子效率2.8%,增益34.6 dB, 3 dB带宽大于90 MHz.

Ka波段分布作用速调管互作用系统的研究

基于分布互作用速调管工作原理及注-波同步与耦合理论,结合耦合系数与电子电导计算,确定选择2π模为Ka波段分布互作用速调管的工作模式。由冷腔计算得到互作用电路的结构参数与电路参数,通过CST粒子工作室对整个互作用电路进行了PIC模拟计算。结果表明,在工作频率为35GHz,注电压为14k V,注电流为1A,输入功率为1.25W时,获得3.75k W的功率输出,增益达到34.77d B,效率为26.79%。

Ka波段分布作用速调管降压收集极设计

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管(EIK)降压收集极的设计方案,包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究,收集极初始条件、结构及电极电压的设计,给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟(PIC)计算结果表明,该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%,采用两级降压收集极时回收效率为68.8%,EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%,表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。

G波段分布作用速调管用新型周期永磁聚焦系统

提出了一种新型周期永磁(PPM)聚焦系统,其中,每半个周期的这种PPM聚焦系统由1件极靴和5块永磁体共同组成,第1、第3、第5块永磁体与第2、第4块永磁体的极化方向相反,且任何相距半个周期的2块永磁体均具有相反的极化方向。采用MTSS2018对这种新型PPM聚焦系统的磁场进行了计算,结果表明新型PPM聚焦系统的轴线上磁感应强度Bz具有显著的第3次和第5次空间谐波,在过0点后能够更快上升到峰值,整体构型十分接近具有理想矩形分布的PPM系统。采用MTSS2018对G波段分布作用速调管(EIK)所需的电子枪进行了模拟计算,并采用上面计算的Bz对该电子注进行聚焦,获得了电子注电压为22 kV,电子注电流为215 mA的电子注,电子注最大半径为0.08 mm,满足G波段EIK的应用要求。计算中的峰值磁感应强度仅为1.2√2BB,说明新型PPM聚焦系统与传统PPM聚焦系统相比,可以在较低的峰值磁感应强度的条件下实现电子注的有效聚焦。

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程:基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。

毫米波/太赫兹扩展互作用速调管放大器的应用及研究进展

作者对毫米波与太赫兹频段的扩展互作用速调管放大器的应用需求和发展现状进行了详细的调研,介绍了该器件在空间探测、主动拒止、生物医学等研究领域的应用,说明了该器件在毫米波及太赫兹技术研究中的科学价值和良好的应用前景;同时,作者对该器件的发展趋势、主要技术难点和遇到的挑战进行了分析.

W波段平面线形排列多注分布作用管谐振腔的研究

通过三维仿真软件CST-MSW建立了平面线形排列的多注分布作用速调管五间隙谐振腔的物理模型,获得了结构参数对腔体的场形、特性阻抗等相关冷参数的影响。在工作模式频率相同的情况下,对平面线形排列的多注分布作用速调管五间隙腔体和带状注速调管传统的哑铃型五间隙腔体参数进行了对比分析。研究表明,平面线形排列的多注分布作用速调管谐振腔具有结构稳定、有效互作用阻抗高等优点。同时还发现在一定频带范围内这种平面线形排列的多注分布作用速调管谐振腔具有较少的非工作模式,这对实际工程制管具有重要指导意义。

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。

Ka波段多注速调管的研制

主要介绍了一支Ka波段多注速调管的研制进展;该设计方案在毫米波段采用了多注技术和分布作用腔技术,给出了采用CAD技术对各部分分析计算的结果,包括总体设计、电子光学设计、高频互作用段设计,最后与实验结果进行了对比验证,给出了改进方向。

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。

X波段1 GHz宽带多注速调管的研制

本文介绍了一种X波段1 GHz宽带多注速调管,该速调管工作于TM_(110)基模,采用多个分布作用谐振腔实现了1 GHz的输出带宽,相对带宽超过10%,带宽水平达到国际先进水平。

W波段大功率发射机的设计与研究

毫米波雷达对云、雾、降水的形成与发展等微物理过程的探测具有明显的优势,是认识气象物理过程的重要手段。介绍了用于云雨探测雷达的W波段大功率发射机的设计方法与过程,该发射机采用分布作用速调管(EIK)作为末级放大器,介绍了EIK的工作原理、特点及应用要求,重点对发射机的聚焦极脉冲调制器、高压电源的工程实现进行了分析,高压电源采用电容钳位移相逆变器,具有快速响应及良好的稳压性能,对控制电路的实现及其功能进行了介绍,最终给出了W波段发射机的样机研制及测试结果。