A three-dimensional time-dependent theory for helix traveling wave tubes in beam-wave interaction

This paper presents a three-dimensional time-dependent nonlinear theory of helix traveling wave tubes for beam- wave interaction. The radio frequency electromagnetic fields are represented as the superposition of azimuthally sym- metric waves in a vacuum sheath helix. Coupling impedance is introduced to the electromagnetic field equations＇ stimulating sources, which makes the theory easier and more flexible to realize. The space charge fields are calculated by electron beam space-charge waves expressed as the superposition solutions of Helmholtz equations. The focusing forces due to either a solenoidal field or a periodic permanent magnetic field is also included. The dynamical equations of electrons are Lorentz equations associating with electromagnetic fields, focusing fields and space-charge fields. The numerically simulated results of a tube are presented.

E波段连续波空间行波管研制进展

针对高波段空间行波管的卫星通信应用需求,介绍了E波段连续波空间行波管的研制情况。该行波管通过进一步优化折叠波导慢波结构参数和调整周期跳变方案,实现改善带内增益波动性、提高效率的目的。研制出的样管在14.7 kV、74 mA条件下,实现电子注动态流通率高于98%,在71~76 GHz范围内,输出功率大于85 W,总效率大于37%,增益大于40 dB。

新型大功率高效率空间行波管电源

空间行波管放大器是通信、导航、数传等卫星中重要的功率放大部件。行波管电源是其重要组成部分,在接近50多年的行波管电源研发和制造历史中,行波管电源总体向着高效率、小体积、轻重量、高功率的方向不断发展。提出一种新型大功率高效率空间行波管电源,采用Buck+推挽两级式拓扑结构,低压采用一种新型Buck变换器,通过无损缓冲的方式,实现了Buck变换器各个开关管的软开关;高压采用谐振推挽的拓扑结构,实现了开关管的软开关,使行波管电源效率达到了94%,并在一台500 W的样机中进行了实验验证,使行波管电源的体积、重量和效率指标得到进一步提升,为行放电源的小型化、高效率奠定了坚实的基础。

一种空间行波管收集极入口能量分布测试方法及应用

收集极效率是空间行波管整管效率的重要组成部分,收集极入口能量分布对收集极的设计至关重要。在行波管设计中,直接通过互作用仿真计算获得的收集极入口能量分布往往与实际存在较大偏差。本文介绍了一种使用收集极电极加电势构造空间势垒测试收集极入口能量的方法,并通过此方法测试了某空间行波管收集极入口能量分布,通过调整激励功率等方法构造与测试入口能量分布接近的收集极入口电子注,并使用此入口电子注对收集极电子光学结构进行了优化,取得了较好效果。

空间行波管热子电流的周期性波动

针对空间行波管阴极预热过程中热子电流周期性波动的故障,建立热子等效电路估算了热子电流波动范围,采用激光测振频谱分析的手段测试了热子双螺旋结构的固有频率,进而完成了问题定位,对热子电流周期性波动进行了机理分析,阐明了热子电流发生周期性波动的条件,并提出了解决措施,同时从理论上定性分析了热子电流波动对空间行波管可靠性的影响,并通过试验验证了可靠性影响分析结论的正确性。

有限尺寸宏粒子空间电荷场研究

用格林函数理论导出了圆柱对称系统中有限尺寸宏粒子一维和二维空间电荷场权函数的表达式 ,比较了有限尺寸宏粒子空间电荷场权函数与圆盘或圆环模型空间电荷场权函数的差别 ,得到了与圆盘或圆环模型空间电荷场权函数[1] 不同的、更合理的计算结果。并用这两种空间电荷场权函数模拟了螺旋线行波管中的注波互作用过程 ,得到了其输出功率曲线 ,表明了用有限尺寸宏粒子计算的互作用输出功率比圆盘或圆环模型计算的输出功率饱和位置提前 。

Ka波段宽频带高线性空间行波管研制

该文对Ka波段空间行波管宽频带、高线性、高效率的慢波系统进行设计,通过动态渐变技术实现了低相位失真、高效率的指标要求。在此设计基础上研制的Ka波段空间行波管实现了宽频带(25~27 GHz)、低非线性失真(非线性相移≤40°,AM/PM≤2.86°/d B,三阶交调≥10.39 d Bc)、高效率(总效率≥51.7%)。经数传系统测试,误码P_e优于10^(-6)的情况下C/N_0有2.4 d B裕度,满足了卫星数传系统对多通道并行传输方案的工作需求。

空间行波管收集极的热特性分析

利用有限元方法对一Ku波段空间行波管收集极的热特性进行了模拟计算,得到了收集极的温度分布图。分析比较了接触热阻和热辐射对热特性的影响,结果表明接触热阻明显地阻碍了热量的散失,使收集极整体温度有一定上升,而热辐射在使收集极各部分温度降低的同时,使温度分布更均匀。运用间接法进行了热-应力耦合分析,得到了收集极的位移场分布等值线图,进而确定该收集极采用的结构在热形变方面满足散热要求;并对在轴向加矩形翅片和在径向加圆形翅片两种散热方案进行了分析,得到了各自的优缺点,为散热方案的选择提供了依据,从而可以更好地提高散热效率。

利用微加工工艺提高空间行波管收集极效率

针对二次电子发射系数对空间行波管收集极效率的影响,通过降低二次电子发射系数的方法,提高收集极的效率。并以无氧铜为例,使用化学刻蚀的方法对无氧铜样片进行表面处理,得到规则微孔阵列结构。使用二次电子发射测试平台对有无表面处理的无氧铜样片进行测量。测量结果显示,经化学刻蚀处理后的样片的最大二次电子发射系数由1.33减小到0.96,二次电子发射抑制效果明显。将测得的两个二次电子发射系数曲线用于空间行波管收集极的模拟设计中。选用已有的3个收集极结构模型,使用模拟软件进行仿真并计算收集极效率。结果表明,3个收集极结构模型的效率分别由原来的80.1%、57.5%、42.1%提高到82.55%、62.6%、59.2%。该结果对于空间行波管收集极的设计具有重要参考价值。

X波段脉冲空间行波管输出结构可靠性研究

X波段脉冲空间行波管主要用于轻型SAR等雷达系统,要求行波管具有高功率、高效率、高可靠的性能。输出结构是行波管的重要部件,其可靠性不仅影响行波管的输出功率等性能,还影响行波管的稳定性与可靠性。该文针对X脉冲空间行波管输出结构进行可靠性研究,通过电、磁、热多物理场耦合的方式对它进行热、力结构可靠性分析,按分析结果对输出结构薄弱环节进行改进,耐冲击能力增强,并经过1000 h以上的整管老练及空间环境试验验证,输出结构具有较高的可靠性,满足空间环境试验及使用要求。

多级降压收集极入口电子速度分布研究与应用

研究了多级降压收集极入口电子速度分布理论,并设计实验获取了入口电子能量分布密度函数。利用能量分布密度函数构造比较真实的收集极仿真初始条件,仿真结果与实测数据有很好的一致性。较旧的仿真初始条件仿真结果有很大改善,为多级降压收集极的设计和优化提供了有效依据,从而提高行波管的效率。

抑制空间行波管三阶交调失真的信号注入技术

为了抑制空间行波管非线性特性产生的交调失真,本文通过理论分析、计算机仿真和实验验证,分别研究了谐波、交调和混合信号注入技术对空间行波管三阶交调(IM3)分量的抑制情况。实验结果表明:IM3注入技术能够得到25.2 dB的IM3最大抑制量,明显大于谐波注入技术的12.7 dB,两者对IM3失真分量的抑制效果都很良好,且就窄带空间行波管而言IM3注入技术比谐波注入技术更具优势。通过进一步仿真实验,证明双IM3注入技术可以在两个IM3频率处分别产生46 dB和53 dB的最佳抑制量,且混合注入谐波和交调信号也能最大抑制36.9 dB。

空间行波管技术发展动态

本文介绍了国外空间行波管的发展现状、应用情况与发展方向;分析了国内该领域的技术水平与存在的问题,同时给出了合理化建议。

国产空间行波管放大器可靠性统计分析

本文通过对航天五院西安分院研制的国产化连续波空间行波管放大器在轨工作时间和失效数统计,分析计算了产品在不同置信度下平均失效间隔时间、故障率以及可靠度,为国产空间行波管放大器的后续上星应用提供了可靠性数据支撑。

降低空间行波管热子功率的仿真研究

本文用Ansys热分析技术研究了某一空间行波管电子枪的阴极热屏组件中影响热子功率的诸多因素,提出了结构改进措施,并用Abaqus力学分析技术对新结构进行了抗力学环境能力分析。在未改变阴极面尺寸、阴极面温度以及可直接安装到原组件位置的前提下,新结构可将热子功率从4.4W降低到2.5W,预热时间和抗力学环境能力亦可满足要求。

国产化空间行波管故障模式统计分析

近十年来,随着国产化空间行波管应用数量逐渐增加,故障样本也不断增加。通过故障样本的统计,形成空间行波管故障模式分析结果,识别出影响当前我国空间行波管可靠性的主要薄弱环节,为后续持续开展可靠性增长工作指明了方向。

高效率E波段空间行波管的互作用研究

以高效率为优化目标,对E波段折叠行波管的注-波互作用进行设计。采用螺旋线行波管设计中成熟的双渐变技术,对E波段折叠波导行波管的互作用进行优化设计和改进,从设计结果可知:在中心频点75GHz处,输出功率为55.38W,电子效率为10.98%,比均匀周期方案的电子效率提高了约65%。此结果满足E波段空间行波管设计的要求,相关的实验测试正在进行中。

一种聚焦极控制的Ku波段大功率空间脉冲行波管

随着卫星技术的发展,脉冲行波管在星载雷达上开始大量应用。描述了一种星载应用的采用聚焦极控制的大功率Ku波段500W空间脉冲行波管,详细给出了相关设计结果和全性能测试数据等。

基于Bayes方法的导航用国产行波管放大器可靠性评估

导航用国产行波管放大器在轨数量少,工作时长不足,属于小子样产品。利用传统的统计学方法评定可靠性结果趋于保守,而利用先验信息的Bayes方法正好弥补这一不足。本文给出了一种创建导航用国产行波管放大器可靠性先验分布的方法,并在此基础上,利用Bayes方法实现了先验信息与现场信息的有效融合。对航天五院西安分院研制的导航用国产化行波管放大器在轨产品,采用指数型先验分布的产品可靠性评估,可以在小样本情况下显著提高评估精度。

中科院电子所空间行波管仿真设计软件IESTWT

基于三维大信号注波互作用模型开发了空间行波管高频系统仿真设计软件,针对无翼片加载的T形杆、矩形杆、圆形杆和扇形杆夹持的螺旋线空间行波管,具有计算速度快、副特性预测精确的优点,已应用于多种管型的研制中。