用于多注管的100kHz调制器

研制 10 0kHz调制器 ,既要满足其设计指标 ,又要满足多注管特定的工作环境 ,给设计和调试带来难度。重点叙述了研制调制器过程中遇到的问题及其解决方法。最后给出了主要参数的计算和调制器测试结果。

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。

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。

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%。

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。

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。

一种宽带大功率多注速调管的研制

介绍一种宽带大功率多注速调管研制方法,采用阴调多注电子枪、反转周期永磁聚焦、TM 110基模多注谐振腔等技术。测试结果表明,工作带宽达到342 MHz,脉冲输出功率大于120 kW,增益大于43 dB,效率大于30%,寿命超过2000 h。

反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管的设计与研制

设计并制备了一支可作为医疗加速器系统中功率源的反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管。介绍了速调管的整体设计细节及仿真过程,对电子光学及磁聚焦系统、高功率输能系统、高频互作用系统等主要部分的设计进行了论述,同时给出了样管的测试数据,在S波段加速器工作频率上获得了大于3 MW的峰值输出功率。

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.

高峰值功率多注速调管的初步研究

高峰值功率速调管因其作为高功率微波源而受到各国的重视。采用单电子注方案的高峰值功率速调管存在许多难以克服的问题,如工作电压很高,输出效率偏低,系统体积偏大等。对高峰值功率多注速调管进行了初步的研究,重点研究了S波段50 MW多注速调管的电子光学系统和高频互作用系统。研究表明,在与单注速调管相同的功率电平下,多注速调管的工作电压明显降低,输出效率明显提高,同时,这种管型也存在结构复杂、电子注聚焦和消除非工作模式困难等技术问题。

并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟

为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135～0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。

强流多注电子束高效率引入的模拟研究

强流相对论多注速调管相对于单注速调管具有导流系数低,输出功率高和效率高的优点,并且可以明显降低引导磁场强度,因此得到快速发展。但是其多注电子束引入漂移管效率低的问题,影响了多注速调管的整管效率,限制了其稳定高效运行和应用推广。论文采用粒子仿真软件CHIPIC对多注速调管二极管爆炸发射过程进行仿真研究,寻找影响多注速调管引入效率的主要因素,并对阴极结构进行了优化,设计出三种两段式新型多注阴极结构并进行冷阴极爆炸发射模拟研究。研究结果表明:给定参数下,常规结构由于底座边缘的不必要的环形电子束发射,只能达到82%的引入效率,而三种新型阴极结构通过抑制不必要电子发射,引入效率都可以提高至95%以上,最高达到99%。

多注毫米波行波管收集极的热设计

为解决多注毫米波行波管收集极的散热问题,保障行波管工作可靠性与稳定性,利用ANSYS有限元软件模拟分析了收集极的传热特性,针对性地调整和优化了收集极相关参数与结构。研究结果表明:接触热阻是造成收集极具有较高温升的一个重要因素,由接触热阻所造成的温升约占收集极内外温度差的1/3;并不是第二电极与磁环接触宽度越宽所对应的收集极散热能力就越强,而是在一定工作条件下其散热能力存在极限值;对于绝缘陶瓷材料,应根据绝缘陶瓷的温度特性以及行波管的功率大小来进行选择;翼片式散热器是一种符合设计要求的理想散热结构。

S波段多注相对论速调管放大器的数值模拟

利用3维电磁场与粒子模拟软件对S波段多注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定腔体的冷腔高频特性,采用3维的粒子模拟软件(PIC)模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明:通过引入同轴谐振腔结构,使电子注不必集中在谐振腔中心通过,降低了电场不均性对束波互作用的不利影响;通过引入多电子注,电子在相对较低的轴向聚焦磁场下依然拥有较高的通过率,降低了速调管对聚焦磁场的要求。模拟中采用3个同轴谐振腔进行束波互作用,在输入电压700kV、束流5.8kA和聚焦磁场0.4T的情况下,得到了功率1.4GW的输出微波,效率为35%。

多注耦合腔慢波结构冷测特性研究

对多注耦合腔慢波结构的色散和耦合阻抗特性参数的计算分析方法进行了讨论,特别是边注耦合阻抗的模拟算法。利用准周期边界条件计算了Ku波段五注耦合腔慢波结构色散特性,直接通过定义式得到了-1次谐波纵向电场分布和5个电子注的耦合阻抗曲线。比较了垂直于电子注传播方向截面上x、y坐标轴上电场Ez的分布,以及各电子注耦合阻抗的差别与变化趋势,分析讨论了多注电子耦合阻抗的特点,对实际多注耦合腔行波管设计有一定指导意义。

强流相对论多注电子束在空心圆柱波导中的漂移

建立了多注电子束在空心圆柱波导中传输的理论模型,定量分析了多注电子束自电磁场力与镜像电磁场力对其角向运动的影响,并推导了考虑镜像束流影响下多注电子束的布里渊磁场.开展了模拟仿真研究,模拟与理论计算结果基本一致.研究发现:当电子束注数较少且靠近波导管壁传输时,镜像电磁场力是影响多注电子束角向漂移的主要因素;随着电子束注数或电子束与波导壁间距的增加,镜像电磁场力迅速减小并趋近于零,此时自电磁场力起主导作用;在一般情况下,漂移角速度的变化百分比只与加速电压有关,与多注电子束的注数、空间位置关系等参数无关.在输出电压约670 kV,电流约7 kA,空心圆柱波导长约100 mm的平台上开展了实验研究,研究发现多注电子束存在明显的畸变,通过进一步的分析认为多注阴极柱的侧面发射是导致电子束畸变的一个主要因素,并且二极管加速区的角向漂移不可忽视.提出并模拟验证了采取倾斜多注阴极柱的方法可提高电子束的引入效率.

S波段多注宽带速调管的研制

本文介绍了S波段200kW多注宽带速调管的研究工作。给出了多注速调管及其电子光学和聚焦系统、宽带输出电路的设计和计算结果。并给出了我国第一批实验型多注宽带速调管的性能:工作电压19kV时,控制极负偏压为7kV,脉冲电流32.25A,导流系数12.3μP,电子注直流通过率91.8％。最大输出功率252kW,平均功率3.5kW,效率41％,增益49dB,带宽9.1％,带内功率波动1.7dB。

多注行波管PPM聚焦系统横向磁场研究

文章以7注耦合腔行波管为例,分析了多注PPM(周期永磁)聚焦系统中横向磁场的产生位置和各处横向磁场的产生原因;总结了耦合槽、铁制加载头高度和通道孔所在半径对各处横向磁场的影响;针对各处横向磁场的产生原因,给出了可以从根本上改善横向磁场的方法,利用此方法设计的多注PPM聚焦系统的横向磁场与轴向磁场之比可达0.6%,电子通过率可达98%。

高次模多注速调管同轴输出腔性能改进的研究

该文针对工作在TM310模的多注速调管同轴输出腔中工作模式的场分布均匀性、外观品质因数及其与邻近模式的频率间隔等问题进行了研究,提出了一种带有短路杆和金属环的多注速调管同轴输出腔结构。分析发现,适当设置短路杆和金属环不仅可以使外观品质因数降低,还可以改善工作模式的场分布;而且设置金属环还可以增大TM310模和邻近模式的频率间隔以实现抑制杂模。利用仿真软件对X波段的同轴输出腔进行了模拟计算,计算结果与理论分析一致。在此基础上加工了冷测模型,测试结果表明TM310模与邻近模式的频率间隔均达到了1.2 GHz以上,外观品质因数从507.4降至193.5,工作模式的场分布也变得均匀。

多注速调管电子光学系统的模拟

利用3维电磁场计算软件MAFIA对L波段100 kW多注速调管的多注电子光学系统进行了模拟计算。通过编写宏程序使MAFIA可以计算旁轴电子枪的性能参数,给出了磁场分布并分析了磁场的差异对电子轨迹的影响。模拟表明:中心注磁场具有轴对称性,在均匀区,轨迹的波动性最小,电子轨迹的层流性也最好;内层电子注径向磁场较小,轨迹的波动性略大于中心注的情况;外层电子注靠近极靴处径向磁场最大,电子轨迹的波动最大,层流性最差。计算并模拟显示了18个电子注在收集极入口处的发散情况。