A novel slotted helix slow-wave structure for high power Ka-band traveling-wave tubes

A novel slotted helix slow-wave structure （SWS） is proposed to develop a high power, wide-bandwidth, and high reliability millimeter-wave traveling-wave tube （TWT）. This novel structure, which has higher heat capacity than a conven- tional helix SWS, evolves from conventional helix SWS with three parallel rows of rectangular slots made in the outside of the helix tape. In this paper, the electromagnetic characteristics and the beam-wave interaction of this novel structure operating in the Ka-band are investigated. From our calculations, when the designed beam voltage and beam current are set to be 18.45 kV and 0.2 A, respectively, this novel circuit can produce over 700-W average output power in a frequency range from 27.5 GHz to 32.5 GHz, and the corresponding conversion efficiency values vary from 19% to 21.3%, and the maximum output power is 787 W at 30 GHz.

用于MMPM集成的Ka波段螺旋线行波管研究

本文主要介绍了研制成功的Ka波段100 W毫米波螺旋线行波管,该行波管主要应用于毫米波功率模块。在等激励条件下,行波管在Ka频段2GHz带宽内连续波输出功率达到100 W以上,带内总效率超过50%;行波管尺寸为280mm×60mm×40mm,重量为0.8kg。

高效率K波段200W行波管研制

通过对高效率慢波系统和多级降压收集极的仿真模拟计算,设计了一支在效率、功率和带宽方面具有综合优势的K波段螺旋线行波管。研制出的行波管实际测试结果表明,在19~25 GHz范围内,连续波饱和输出功率大于200 W,整管效率大于50%,阴极工作电压9.8 kV。

Q波段宽带螺旋线行波管研制

针对当前武器装备小型化、多功能特点,研发了一支多用途Q波段螺旋线行波管。该管采用聚焦极电子枪、螺旋线慢波线、PPM聚焦系统和三级降压收集极。适当调节阴极和阳极工作电压可实现Q波段宽频带功率输出,对多用途雷达、电磁兼容、通信装备一体化设计具有重要意义。样管性能:在频率33~39 GHz,占空比70%,峰值功率大于260 W,总效率超过47%,可作为毫米波雷达源,用于地貌绘制和恶劣天气云层厚度探测;在频带40~50 GHz提供最小170 W的连续波输出功率,总效率超过39%,既能拓展电磁兼容实验室频谱,还可应用于高速移动车辆、无人机,通过移动卫星上传视频、图像数据等。

26.5-40GHz高效率宽带毫米波行波管高频系统仿真设计

优化高频系统慢波结构参数,分析了慢波结构的材料及T型夹持杆对高频损耗的影响,设计了一种未加载翼片结构的双渐变螺线26.5-40GHz40W宽带行波管,试验测试宽频带内电子效率超过12%,采用4级降压收集极后总效率大于37%。

Ka波段500W螺旋线行波管高频结构及互作用研究

本文介绍了Ka波段500W毫米波螺旋线行波管高频结构设计和注波互作用模拟计算结果，计算了品字形高频结构的色散、耦合阻抗和衰减常数等参量。利用CST软件对返波振荡的起振长度进行了计算，根据计算结果提出了相速渐变法抑制返波振荡的措施。研制出了Ka波段螺旋线行波管样管，行波管在Ka波段2GHz工作频带内饱和输出功率在490～550w之间。

低增益kW级mm波螺旋线行波管高频结构设计

根据固态器件的发展和返波振荡抑制的特点，针对kW级mm波螺旋线行波管设计了低增益高频结构，通过切断、螺距渐变和添加衰减器的方式对返波振荡进行了抑制。通过微波仿真软件对其色散特性、耦合阻抗特性进行了模拟计算；通过三维大信号注波互作用计算软件进行了注波互作用计算与优化，并使用粒子模拟（PIC）软件进行了计算。结果显示，在频带29～31GHz范围内，输出功率达到1002W，增益大于21dB，电子效率大于16．8％，返波振荡得到抑制。

50 GHz高效率螺旋线通信行波管研究

针对50 GHz通信行波管高通量卫星上行链路的应用背景,通过仿真计算和样管试制对Q/V波段螺旋线行波管总效率和线性工作效率的提升开展技术研究。在确定行波管电参尺寸、电子注互作用后,采用三级降压收集极,在收集极电子入口处设计“偏心”带“挡板”结构,实现电子注能量回收并抑制返流,研制出总效率优于40%、饱和输出回退6 dB效率优于20%的50 GHz螺旋线行波管。

螺距和磁场跳变在6～18GHz螺旋线行波管中的应用

本文以工作在6～18GHz的T形夹持杆加载金属翼片螺旋线行波管为研究对象,采用螺距跳变和磁场跳变,提高了该行波管在工作频带内的输出功率和电子效率,在一定程度上抑制了二次谐波。计算结果表明,工作电压为3100V,电流为115mA时,6～18GHz内的输出功率大于56W,电子效率为15.77%～20.88%。较之于均匀螺距的设计,输出功率至少提高了10W,增幅为21.7%,电子效率至少提高了20.7%;在6～9GHz范围内,二次谐波比减小了1.36dB,降幅达13.2%。

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85~110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究。曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率。文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其结果表明应用一次相速跳变技术的曲折槽波导具有良好的传输特性和较宽的带宽。此外,通过测量三种不同周期个数曲折槽波导的相位传输得到了不同周期p_(0)和p_(1)的色散曲线,其结果证明通过仿真得到的色散曲线和测量得到的色散曲线相吻合。文中注波互作用三维粒子模拟结果表明:当曲折槽波导慢波结构末端20个半周期采用一次相速跳变技术时,在频点95 GHz处输出饱和功率达到240 W,比同等条件下的均匀相速曲折槽波导行波管在95 GHz处高70 W。同时,曲折槽波导行波管采用一次相速跳变技术在频带85~110 GHz范围内电子效率明显得到提高,并且在95 GHz处最大电子效率提高了47%。