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.

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。

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。

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.

Ka波段扩展互作用速调管的设计

利用粒子模拟(PIC)三维软件,在Ka波段,采用扩展互作用谐振腔技术和谐振腔加载技术来实现高增益和宽频带,对扩展互作用速调管进行了设计和粒子模拟仿真,同时采用二维电子光学软件EGUN对电子枪和聚焦系统进行了设计和优化,聚焦系统使用的是钐钴永磁聚焦。在工作电压9 kV,束流0.15 A的条件下,输入功率为200 mW时,中心频率35.5 GHz,3 dB带宽为410 MHz,最小增益为32.5 dB,得到效率为26%,其平均功率为355 W。

G波段扩展互作用速调管的理论分析与设计

扩展互作用速调管是一种在毫米波、亚毫米波频段具有广泛应用前景的电真空器件.本文基于运动学理论、感应电流定理和电荷守恒定律,推导一间隙到五间隙谐振腔的电子负载电导和电子负载电纳的表达式,分析了谐振腔间隙宽度、间隙数和间隙周期等参数对电子注与微波之间能量交换的影响和谐振腔谐振频率的影响.根据理论分析结果,采用三维电磁仿真软件设计了一款工作于G波段的扩展互作用速调管,仿真结果显示,当电子注电压为24 kV、电流为0.15 A、输入功率为200 mW、轴向引导磁感应强度为0.8 T时,在中心频率217.94 GHz处,输出功率为225.5 W,电子效率为6.26%,增益为30.5 dB,3 dB带宽约为470 MHz.

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.

W波段扩展互作用速调管的研究

扩展互作用速调管是在大功率速调管的基础上,采用扩展互作用谐振腔技术,扩展其瞬时工作带宽,在毫米波频段能够实现高功率、高效率、高增益和宽频带的一种紧凑型微波真空器件。本文基于空间电荷波理论对多间隙谐振腔电路进行了简要分析,采用PIC三维粒子模拟软件对高频互作用电路进行了粒子模拟与优化。在2π模式工作下,其工作电压为15 kV,电流为0.8 A,中心频率为94.5 GHz时,得到了效率大于8.4%,峰值功率超过2 kW的微波功率输出,-3 dB带宽为1 GHz,增益超过40 dB。该工作对研发高性能扩展互作用速调管,并推动其在国防安全、卫星监测、外层空间小目标跟踪、高分辨率雷达和精确气象监测等领域应用具有重要意义。

220 GHz耦合腔扩展互作用速调管研究

设计和研究了一种太赫兹波段耦合腔扩展互作用速调管,应用CST软件建模仿真得到其几何参数,进行冷腔仿真,得到了色散曲线和工作点,并且对其进行优化;再用PIC软件建模对其进行热仿真,在工作频率222.967GHz和工作电压12620V下得到管子的输出峰值功率为16W;3dB带宽为230MHz,效率为1.5%,带内最大增益为27.2dB。

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。

G波段扩展互作用速调管宽带注波互作用系统研究

扩展互作用速调管采用多间隙分布作用谐振腔和全金属平面结构,互作用电路短、单位长度增益高,其平面化结构特征与现代微加工工艺相兼容,已成为发展太赫兹高功率源的研究热点,进一步展宽扩展互作用速调管放大器的带宽成为拓展其应用的关键技术问题。设计了一种G波段5腔多间隙注波互作用电路,采用参差调谐技术扩展群聚段带宽和滤波器加载技术扩展输出段带宽,通过CST软件对结构参数优化和输出特性模拟仿真,结果表明:在电子注电压19 kV,电流300 mA,输入功率120 mW时,获得输出功率222 W,电子效率3.89%,增益32.67 dB,3 dB瞬时带宽达到了1.5 GHz。

W波段扩展互作用速调管放大器的模拟与设计

扩展互作用速调管放大器是一种高功率、高频率的毫米波放大器,具有广阔的应用前景.本文基于电磁模拟软件和三维PIC模拟软件,对工作在W波段扩展互作用速调管放大器进行了设计和仿真.在电子注电压30kV,电流8A的条件下,器件的输出微波功率43kW,频率96.8GHz,增益49.3dB,效率18%.

Ka波段带状注相对论扩展互作用速调管放大器的分析与设计

带状注相对论扩展互作用速调管放大器是一种高功率、高频率的微波毫米波放大型器件,具有广阔的应用前景.本文分析了扩展互作用结构多间隙谐振腔的渡越时间效应,推导了2π模场情况下谐振腔的能量交换系数和电子负载电导,且通过计算表明工作在2π模式三间隙腔的电子负载电导是单间隙腔的9倍左右,多间隙结构有利于提高器件效率.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速调管放大器进行了模拟研究,采用宽高比为30:1的带状电子束以降低空间电荷效应,在电子束电压为500 kV,束流为1 k A,轴向引导磁感应强度为0.8 T的情况下,器件输出微波功率为190 MW,频率为40 GHz,器件效率为38%,器件增益为69 d B.

毫米波扩展互作用器件

扩展互作用器件是一种采用慢波谐振系统作为高频互作用电路的真空电子器件,是目前能够在毫米波亚毫米波段提供大功率输出的重要器件之一。本文给出了目前国内外毫米波亚毫米波段扩展互作用器件(EIK和EIO)技术的发展情况,并介绍了扩展互作用器件在毫米波亚毫米波段的技术特点和最新研究趋势。

近太赫兹频段功率源技术发展与应用

太赫兹辐射源是太赫兹技术应用的基础。简要介绍了太赫兹辐射源的类型和发展现状,重点论述了近太赫兹频段功率器件,主要包括折叠波导行波管、扩展互作用速调管、回旋管、返波器件等。分析了不同应用场景对太赫兹功率器件的需求,论证相关器件在雷达、预警探测、航天测控等国防装备领域系统的应用。

Ka波段高压缩比电子光学系统的分析与设计

微波电真空器件向高功率、高频率、宽频带、高效率和小型化方向发展,对电子光学系统的要求也日益增高。文中设计了工作于Ka波段的扩展互作用速调管(Extended Interaction Klystron, EIK)高压缩比电子枪,利用二维仿真软件E-GUN和三维仿真软件Opera-3D对轴对称电子束在均匀永磁聚焦磁场内运动状态进行建模并仿真计算。相关结果表明,在阳极电压25 kV、注电流2.5 A、阴极面电流密度不超过12 A/cm^2的条件下,面压缩比约为85,电子注以良好的刚性通过互作用区域。