W波段带状注扩展互作用速调管注波互作用系统

对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析,以一个五间隙耦合腔作为输入腔,一个五间隙耦合腔作为输出腔,构成了W波段SBEIK的注波互作用系统,利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟,并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证,结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75 k V、电流为4 A条件下,仅用两个腔体在W波段实现了高于24 d B的增益,为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK的设计奠定了坚实的基础.

W波段带状注扩展互作用速调管放大器的理论研究与数值模拟

带状注扩展互作用速调管具有高峰值功率和高平均功率的特点,是一种具有广泛应用前景的电真空器件.基于电子流振荡理论,在小信号条件下推导了纵向模式为2π模的三间隙谐振腔的电子负载电导和电子负载电纳的表达式,分析了等离子体频率、间隙宽度和相邻间隙中心之间的距离等参数对电子负载电导和电子负载电纳的影响.根据理论分析结果,结合三维电磁仿真软件完成了一款工作于W波段的带状注扩展互作用速调管放大器的模拟设计.电子注横截面尺寸为4 mm×0.32 mm时,在工作电压为19.5 k V,电流为3.5 A,输入功率为1 W,轴向引导磁场为0.85 T的条件下,频率94.47 GHz处得到输出功率为5773 W,增益为37.6 d B,电子效率为8.46%,3 d B带宽约140 MHz.

G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题,设计了一个G波段带状注速调管,展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A,1 mm×0.15 mm的椭圆电子注,以及与之相匹配的互作用系统,即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔,可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示,在考虑实际腔体损耗的情况下,能够获得超过500 W的功率,电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现,输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约;输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著,工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。

W波段带状注扩展互作用速调管三维MAGIC研究

带状注扩展互作用速调管通过采用宽高比值很大的带状电子注来降低空间电荷效应,采用多间隙结构来增加功率容量,是一种高频率、高功率的微波真空放大器件。本文利用CST Microwave Studio与MAGIC设计了2π模W波段带状注五间隙扩展互作用谐振腔,重点研究了五间隙谐振腔关键结构参数对谐振腔特性阻抗与谐振频率的影响,并对器件稳定性与带状注双腔速调管注波互作用特性进行了三维MAGIC仿真与分析。最后,在电子注电压为19.5 kV,电流为3.5 A时,获得大于8 kW的输出功率、23 dB左右的增益。

W波段连续波带状注扩展互作用速调管高频电路的设计

针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题,设计了一个工作在TM_(31)-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管(EIK)高频电路,该电路采用电压20 kV、电流0.65 A,2.5 mm×0.3 mm的带状电子注,高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔,输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化,三维PIC仿真结果显示:在输入功率0.2 W的条件下,能够获得超过1200 W的输出功率,效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面,对TM_(31)模式和TM_(11)模式进行了详细的对比分析。

W波段新型带状注扩展互作用振荡器的设计

设计了一种W波段新型带状注扩展互作用振荡器。为了进一步提升扩展互作用振荡器的功率水平,提出了一种适配于带状注的新型工字形间隙高频结构,通过高频特性计算分析,采用工字形间隙的多间隙谐振腔比传统矩形间隙谐振腔具有更大的有效特性阻抗,表现出更强的功率输出潜力。最终设计了一种七间隙单腔振荡器电路,仿真结果表明在直流电压为45.2kV、电流为1.4A的带状注驱动下,电路稳定输出功率5.6kW,电子效率为8.8%。

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件。本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果。模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率。

W波段带状注扩展互作用振荡器的粒子模拟

设计了一种工作在W波段的振荡器。采用宽高比值为2的薄矩形电子注降低空间电荷效应,周期耦合腔慢波线作为高频结构以增加功率容量,阶梯渐变矩形波导作为输出结构,使输出结构与高频结构匹配连接减少反射。利用三维PIC粒子模拟程序进行数值模拟,分析慢波结构的周期数及周期长度对输出功率、频率及效率的影响。结果表明:当阴极电压为13.0～16.1kV时,谐振腔能正常工作;谐振腔周期数为9,阴极电压为15.7kV时输出功率和转换效率最大,输出峰值功率大于1.9kW,平均功率为980 W,频率为91.6GHz,转换效率达25%,输出频率随谐振腔周期长度的减小而增大。

W波段带状注速调管电子光学及注波互作用系统

通过冷流模型理论对均匀场聚焦带状电子注的传输进行了研究,结果表明,通过增强聚焦磁场并提高电子注填充高度因子,可以有效降低Diocotron不稳定性并实现长距离的稳定传输.结合理论研究,对均匀场聚焦带状注电子光学系统进行了三维仿真设计与优化,利用自主开发的二维非线性注波互作用程序SBK2D,对W波段带状注速调管进行了初步分析,结果为输出峰值功率69 kW、效率24%、增益37dB、3dB带宽100 MHz.研制出的具有高机械对准精度的带状注速调管电子束管,带状注截面10 mm×0.5 mm,且在电子注电压20～82 kV,电流0.50～4.27A,长度100 mm的漂移通道内电子注传输直流通过率达到98%以上,高于之前在90 mm漂移通道内获得的95%的实验结果.

W波段带状注速调管注波互作用系统的研究

带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件。本文基于PIC粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的三维设计平台,并应用该平台完成了W波段带状注速调管注波互作用系统的初步设计,获得了清晰的物理图像和具有参考意义的模拟设计结果。模拟结果表明,在电子注电压为140kV,电流为15A时,该速调管可以获得大于573kW的输出功率、27.8dB的增益和大于27.3%的效率。

8mm带状注扩展互作用振荡器研究

研究了采用带状电子束的周期加载矩形扩展互作用振荡器,分析该结构的优点、色散特性和耦合阻抗,并利用模拟软件进行了冷腔分析。设计出了工作波长为8mm的腔体结构,分析了工作模式为TM31模的场分布。按照冷腔设计结果进行了PIC粒子模拟,电压为19kV、电流为3A的带状电子束在纵向磁场为0.3T的约束下与腔体中的TM31模电磁波互作用。模拟结果表明,电磁波的输出波频率为37.9GHz,功率为3.5kW,验证了在该结构中带状注与高次模互作用的设计思想。

W波段带状注速调管注波互作用系统的研究

建立了带状注速调管的二维窄带宏粒子模型,自主开发出了二维非线性注波互作用程序SBK2D,对具有八个多间隙腔体的W波段带状注速调管注波互作用进行了初步分析,获得了输出峰值功率53kW、效率20%、增益38dB的结果。将计算结果与三维PIC软件仿真设计结果进行了比较,验证了SBK2D程序的有效性。

Ka波段带状注相对论扩展互作用振荡器的模拟设计

利用三维粒子仿真软件,对工作在Ka波段的带状注相对论扩展互作用振荡器进行了模拟仿真设计。采用宽高比为30∶1的带状电子束以降低空间电荷效应,选择多间隙耦合腔为高频结构以增加器件功率容量,在电子束电压为400kV、束流为2kA、轴向引导磁感应强度为1T的情况下,器件输出微波功率为240 MW,频率为30GHz,效率为30%。

带状注扩展互作用振荡器的研究

设计了一种带状线性电子注与电磁波进行互作用的低电压高效率的扩展互作用结构。这一结构主要由9个耦合间隙,2个耦合谐振腔组成,具有高的特性阻抗R/Q。整个谐振腔如一个矩形波导两端封闭实现电磁场谐振。为了最后的成品器件能和其他的设备连接测量需要将输出窗变换到标准波导。利用3D-PIC粒子模拟程序进行数值模拟,得到一种工作在86.1GHz,输出峰值功率为0.46kW,效率为8%的扩展互作用振荡器,电子注电流的发射密度为125A/cm2。

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。

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波段宽扩展互作用速调管谐振系统研究

针对在高频率、高效率、低磁场以及低电压工作方面具有自身独特优势的扩展互作用速调管(EIK)谐振系统进行了研究,主要目的是在保持其已有优势的情况下增加带宽。在EIK谐振系统研究的基础上,通过优化慢波结构和谐振腔来达到增加其带宽的目的。在此基础上完成了带宽为2.8 GHz,工作在2π模式的宽带EIK谐振系统设计。

Ku波段扩展互作用速调管设计

微波电真空器件随着频率的升高,不但聚焦系统难以实现,而且其输出增益和带宽都受到很大的限制,要解决该问题,建议采用扩展互作用速调管,采用分布作用谐振腔技术来扩展其工作带宽和提高增益。利用CST和粒子模拟(PIC)3维软件对其工作在Ku波段扩展互作用速调管进行了设计和仿真,在工作电压30kV、束流8.5A的条件下,聚焦系统采用幅值为0.48T的周期反转永磁聚焦,在输入功率为5.1W时,得到效率为23%,3dB带宽为306MHz,频带内最大增益为39dB,其峰值功率为58kW的微波输出。

梯形结构高功率扩展互作用速调管

对平面梯形结构多间隙谐振腔的模式分布、特性阻抗、耦合系数以及工作稳定性进行了研究.在此基础上给出了W波段高峰值功率扩展互作用速调管高频互作用系统设计,并采用三维粒子模拟(PIC)技术对电子的速度调制、群聚及其与高频场的相互作用和能量转换等物理过程进行了研究,定量给出了放大器的功率、带宽、效率以及增益等关键技术指标.PIC结果显示:在中心频率94.52 GHz以及电压16 k V、电流0.6 A的电子注参数下,最大输出功率达到1.8 k W,相应的增益和电子效率分别为47.7 d B和19.4%;扫频结果显示瞬时3 d B带宽为210 MHz.

W波段扩展互作用速调管电子光学系统

W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成,用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪,并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟,导流系数0.21μP,注电流大于0.5A,注平均半径小于0.3mm,射程大于11mm。永磁聚焦磁场约0.33T,传输距离大于50mm,电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试,技术指标满足要求。