基于ASAAC标准的超宽带微波功率模块研究

以外场可更换模块为基本硬件单元的综合模块化航空电子设备已成为航电系统发展的主导。基于目前现代军用飞机航电设备的发展趋势,微波功率器件也需要向着标准化结构的方向发展以适应整机未来的应用需求。本文介绍了符合ASAAC标准的某型4~18 GHz的超宽带微波功率模块产品,通过对超宽带注波互作用、微型化高导热多级降压收集极和热管均热技术的研究,完成了具有超宽频带、高效率、低热耗和标准化结构的微波功率模块,实现了微波功率模块从“非标定制”向“通用/国际标准”结构的迈进,基于微波功率器件结构上的标准化特点,可直接应用于采用ASAAC标准结构的各类型的整机平台。

Ka波段回旋行波管高效率输入耦合器设计

为了实现Ka波段回旋行波管高纯度TE01模式输入,通过在输出口添加滤波结构,对二级功分TE01输入耦合器进行改进,改进后杂散模式传输效率由平均7%下降至2%。该结构主体为一个级联的两级Y型功分网络,能高效地实现矩形波导TE10模式到圆波导TE01模式的转换。在基于传输线理论对功分网络的传输性能理论分析的基础上,借助三维电磁仿真软件进行多次优化迭代,最终得到了一个在31 GHz附近模式转换效率大于99%的宽带TE01输入耦合器,该输入耦合器具有5 GHz的−0.1 dB插入损耗带宽,同时有效频带内的平均模式转换效率高达98.6%,模式纯度在99%以上并且回波损耗小于−15 dB。采用矢量网络分析仪对该器件进行了背靠背冷测实验,结果表明,其带内衰减约为0.5 dB,与仿真计算结果偏差较小,符合工程实际需求。

考虑谐波互作用的行波管自洽非线性理论和主要结果

在瞬时带宽为倍频程以上时，非线性注波互作用将导致谐波的产生以及谐波与基波的相互耦合等现象的出现，从而对管子特性有极为重要的影响。文中旨在推广行波管非线性理论，以便能考虑这些现象。利用文中所导出的大信号方程组对某实用宽带行波管的基波和谐波特性进行了数值分析，计算结果与实测结果十分吻合。

连续波宽带大功率行波管中的色散成型及谐波抑制技术研究

本文对实现宽带互作用的机理及谐波的抑制方法进行了分析研究，得到超宽带行波管对慢波线路色散特性的特殊要求，并对实现这种色散（色散成型）的方法进行了理论与实验研究．以此为基础，研制出一只宽带大功率行波管，在6．5～18GHz频带内，输出功率带边为180W，中频段250W，增益大于35dB．

40~50 GHz宽带螺旋线行波管高频系统研究

针对40 GHz以上电磁兼容试验需求,开展了40~50 GHz宽带螺旋线行波管研制。本文主要对该行波管的高频系统进行技术研究。通过尺寸共度效应理论分析和螺旋线表面镀膜降低高频衰减技术,研究了高频率行波管的色散特性、耦合阻抗、高频衰减、横向传播常数等高频特性的变化规律。采用无翼片加载慢波结构、螺旋线双渐变技术和衰减器分布优化设计方法,提高了宽带输出功率和电子效率,同时抑制了返波振荡。研制出的行波管在40~50 GHz范围内,饱和功率达到110 W,能够满足宽带毫米波电磁兼容试验的需求。

新型高效率二次谐波宽带可调复合互作用回旋管

该文利用回旋管注-波模式耦合理论,提出了返波振荡-速调群聚-行波放大复合互作用回旋管工作原理。理论分析表明,Ka波段二次谐波连续磁调谐复合互作用回旋管的工作效率高达40％,磁调谐带宽为10％。利用该复合互作用工作原理,回旋管振荡器可实现毫米波电磁辐射源的高效率、高功率输出及宽频带连续磁调谐。

超宽带行波管的最新进展及其大功率合成技术

本文论述了超宽带行波管的最新发展动态及采用的新技术，简述了宽带功率合成技术的基本方法及新进展。

宽带行波管螺旋线慢波结构耦合阻抗的计算

金属翼片加载螺旋线电路是多倍频程行波管中广泛应用的慢波结构。本文对这种宽频带慢波结构的重要参量──耦合用抗进行了计算，在很宽的频率范围内，理论计算结果与发表的实验值相当吻合。

一种X波段宽带大功率行波管的研制

宽带大功率行波管是空间态势感知系统、目标特性测量和精密跟踪成像雷达等装备的核心部件。本文简要介绍了研制的一种X波段宽带大功率行波管,为了提高器件性能,提出采用双阳极栅控电子枪、一体化电磁聚焦系统、耦合腔相速跳变等技术,器件测试结果表明,工作带宽达到了1.5 GHz,脉冲输出功率大于122 kW,平均功率大于4.88 kW。

宽带行波管用谐波抑制器初步研究

本文针对宽带行波管(6~18GHz/200 W)中谐波指标的问题进行初步研究。应用谐波注入理论,通过在行波管输入端增加微波链路的方式,达到抑制宽带行波管二次谐波的目的。经过对微波链路的设计并进行带管试验,试验结果初步达到预期指标,在6~9GHz频率范围内,二次谐波抑制比基本小于-14.13dBc。

谐波互作用的行波管二维自洽非线性理论

在瞬时带宽为倍频程以上时，非线性注波工作用将导致谐波的产生以及谐波与基波的相互耦合等现象的出现，从而对管子的特性有重要的影响。文中以行波管非线性理论为基础，推导了考虑谐波工作用的二维大信号方程组。利用文中所推导出的大信号方程组对某一实用宽带行波管的基波和谐波特性进行了数值分析，计算结果与实测结果吻合。

Ka波段宽带TE_(01)~d-TE_(10)~W多孔定向耦合器的设计

利用小孔耦合理论,设计了一种应用于Ka波段回旋放大管输出功率和频谱测量的TEd01-TEW10多孔阵列定向耦合器。根据正向叠加和反向相消原则确定圆波导半径及相邻耦合孔间距,用MATLAB编写程序对耦合度及定向性随耦合器尺寸相关参数的变化做了数值分析。数值计算表明:增加耦合孔数目、扩大孔半径及减小孔厚度均可提高耦合度,而耦合孔数目的增加在工作频带内还可提高定向性。给出了16孔定向耦合器尺寸优化设计参数,并利用CST电磁软件对其进行了仿真验证,仿真结果与数值模拟近似一致,其耦合度为-35±0.9 dB,定向性高于24 dB,带宽高达6 GHz。冷测实验表明所设计定向耦合器满足设计要求。

MPM用小型化宽带行波管可靠性的Bayes方法估计

微波功率模块(MPM)集合了电真空器件和固态器件的优点,是未来军用微波领域的重要研究方向,作为MPM核心器件的行波管的可靠性研究就显得尤为重要。本文基于Bayes理论的无失效数据分析方法,建立了数学模型,推导出产品失效率λ的后验分布计算公式,并结合实例对应用于某型MPM的小型化宽带行波管的可靠性指标失效率和平均无故障工作时间进行了预估,结果表明,该方法的计算结果符合工程实际,对其他行波管产品的可靠性分析也具有借鉴意义。

波纹外壳微带线平面小型化宽带行波管的研究

行波管是一种重要的微波功率放大器,随着微波电子技术的不断进步,平面化、小型化成为未来行波管的必然发展趋势。本文基于传统微带型慢波结构,提出了波纹外壳微带线慢波结构,设计了一种工作于Ka频段的低电压、大带宽的新型平面小型化行波管慢波结构。利用HFSS和CST-MWS对该结构和传统微带型慢波结构行波管的高频特性进行了仿真,并对二者的仿真结果进行了对比,验证了新型慢波结构具有更宽的工作带宽和更低的工作电压。同时,本文还给出了波纹外壳微带线行波管的注-波互作用仿真结果,仿真结果显示:该行波管最大输出功率为25. 2 W,对应的增益和电子注效率分别为23d B和7. 9%,相对带宽为36. 6%。

宽带行波管故障模式统计分析

本文通过对宽带行波管某主要研制生产单位2013年至2019年间来获取的产品故障信息进行深入统计和分析,归纳了宽带行波管出现概率较高的故障模式,分析了故障出现的原因并提出了相对应的解决措施。通过改进,各类故障模式出现的概率均明显下降,取得了良好的效果,也为后续宽带行波管可靠性的进一步提升提供了基础。