折叠波导慢波结构特性的研究

应用电磁场仿真软件对折叠波导慢波结构进行理论分析、结构设计和数值模拟。计算和分析了折叠波导的色散特性和散射参量,根据折叠波导特殊结构采用了整体极靴结构。模拟得出了折叠波导的周期磁场,通过调节磁场大小对电子注进行有效聚焦,并得到了电子束在磁场中的运动轨迹。结果表明,折叠波导是一种很适合用作毫米波大功率行波管的慢波结构。     

W波段大功率集成极靴式互作用结构研究

针对W波段大功率折叠波导行波管的技术难点,提出了一种一体式加工的集成极靴式互作用结构,该结构将直角型折叠波导嵌入到极靴中,实现注-波互作用结构与聚焦系统的集成,提高周期永磁系统的聚焦能力,再通过增加阴极发射的电子注电流,实现功率的提升。文中首先介绍了集成极靴式互作用结构,提供该结构中慢波结构的尺寸参数,计算其色散特性及耦合阻抗曲线,并设计了相应的磁聚焦系统。最终对互作用结构进行仿真模拟,在90~100 GHz频带内可获得高于700 W的饱和输出功率。带内饱和增益均小于20 dB,可有效防止自激振荡的产生,该互作用结构可广泛应用于级联功率放大模块的后级放大器中。     

345 GHz微折叠波导慢波结构参数分析

借助微机电加工技术(MEMS技术)研制的微折叠波导行波管(FWG-TWT)太赫兹辐射源,具有紧凑、小型、宽带以及高功率的特点。本文对345 GHz微电真空折叠波导慢波结构进行了结构参数的规律分析和初步优化设计。基于小信号理论设计的慢波结构的初步结构参数,采用三维PIC软件仿真并优化,研究了电子参数、几何结构参数、磁场参数与增益之间的关系,对折叠波导慢波结构的设计具有一定的参考意义。     

0.22 THz折叠波导行波管设计

在一支0.22 THz折叠波导行波管样管的模拟设计和实验研究基础上,对该样管进行了优化设计。对慢波损耗特性、慢波结构的尺寸冗余度进行了研究,对结构加工进行了进一步的考虑,对样管的实验研究进行了详细讨论并论述了新慢波结构的设计。采用HFSS软件结合大信号理论计算进行模拟,结果表明,折叠波导行波管的输出功率不低于100 mW,带宽不低于5 GHz。     

太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm(50个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz(213~224 GHz).同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.     

微加工工艺误差对THz折叠波导行波管性能影响

在太赫兹频段,折叠波导慢波结构主要采用微细加工技术完成。讨论了目前折叠波导慢波结构主要的微加工工艺,分析了主要工艺误差包括波导深度、侧壁垂直度对0.41 THz折叠波导慢波结构高频特性的影响。通过分析比较,a值对折叠波导行波管性能影响很大,需要在工艺中精确控制。在侧壁垂直度为89°范围以内,侧壁垂直度的变化对折叠波导行波管性能影响不大。通过仿真分析,确定了工艺中必须控制加工精确度的工艺步骤,这对0.41 THz折叠波导行波管的研制有非常重要的意义。     

0.22 THz微电真空折叠波导行波管的聚焦磁场研究

在0.22 THz微电真空折叠波导行波管放大器(FWG-TWT)的设计中,为了保证在电子枪中产生的、具有所需电流密度的电子注能够稳定、成型地注入互作用区,并维持较高的电子通过率,需仔细设计磁场聚焦系统。本文在 FWG-TWT 中使用螺线管线圈和周期永磁聚焦系统(PPM)2种磁场结构来实现电子束流的稳定注入和传输。通过三维仿真软件对此电子光学系统进行模拟计算,重点考察了磁场的初始位置、磁感应强度峰值以及磁体厚度等对电子束传输特性的影响。仿真结果表明,在合理的参数范围内,电子注静态通过率可以接近100%,波动很小,能够实现束流的稳定注入和传输。     

0.41 THz折叠波导慢波结构分析与设计

在0.14 THz,0.22 THz和0.34 THz折叠波导行波管研制的基础上,讨论了0.41 THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工的可行性,分析研究了折叠波导慢波结构弯曲处直角弯曲与半圈弯曲、方形电子注通道与圆形电子注通道对色散特性、耦合阻抗、带宽、冷损耗和增益的影响。考虑了慢波结构中增加理想衰减器对该行波管带宽和增益的影响,得到了0.41 THz折叠波导行波管慢波结构的初步设计方案,为太赫兹折叠波导行波管的继续发展打下了一定基础。     

0.85THz可调谐式折叠波导再生反馈真空电子学振荡器的理论及实验研究

本文提出了一种适用于850 GHz太赫兹波成像系统的可调谐再生反馈振荡器。使用UV-LIGA微加工工艺制作慢波结构,可满足折叠波导在太赫兹频段的尺寸需求。使用CST微波工作室对折叠波导色散特性进行设计,同时针对于行波管和再生反馈振荡器中折叠波导的结构,阐明了影响频率调谐的因素。此外,对带衰减的反馈回路进行仿真模拟,并使用三维粒子模拟验证了整体设计。改变电子注电压可实现振荡频率可调,振荡从单频状态逐渐变为多频状态,整体输出功率均大于200 mW。     

0.14 THz大功率回旋行波管前级激励源粒子模拟研究

以折叠波导行波管作为大功率回旋行波管的前级激励信号源,利用电磁仿真软件HFSS和粒子模拟软件(CST粒子工作室),对0.14 THz微电真空折叠波导行波管慢波结构的色散特性、耦合阻抗进行计算分析,然后对折叠波导行波管束波互作用过程进行粒子模拟,最后通过粒子模拟得到该折叠波导行波管的增益、工作电压、电流等工作特性参数。在电压为13.9 kV、电流为16 mA,输入功率为5 mW的条件下,输出功率为5 W,线性增益为30 dB,带宽3.7 GHz,最大输出功率为6.2 W,该结果为0.14 THz大功率回旋行波管实现kW量级的功率输出提供功率足够的前级馈入信号奠定了基础。     

C波段80 W空间行波管的研制

针对C波段80 W空间行波管进行了优化设计。利用微波管模拟器套装(MTSS)模拟高频慢波结构、注波互作用,运用CST软件模拟了磁系统和输能耦合系统,在输能结构的设计中考虑了微放电效应,设计窗的功率阈值远远大于欧空局8 dB设计要求,降低了管子工作时因微放电而造成损坏的风险。通过MTSS着重优化了高频方案,最终制管完成测试,获得了输出功率大于80 W,效率大于65%,相移小于45°,AM/PM转换系数小于3.5°/dB。     

Study on Ka-Band Sheet Beam Traveling Wave Tube Focused by Closed PCM

This paper reports a Ka-band sheet beam traveling wave tube (TWT) focused by a 0.2 T closed periodic cusped magnet (PCM) system. The TWT with one section of staggered double-vane slow-wave structure (SWS) is driven by a 0.8-A sheet beam with rectangular cross-sectional area of 3.2 mm?×?0.6 mm. This sheet beam TWT can produce 100 W output power, and the 3 dB band is 33–38.5 GHz. In order to improve the output power, an optimized sheet beam TWT with two sections of SWSs focused by a novel closed PCM system is proposed. The new closed PCM system is with annular magnetic blocks and can be fabricated and adjusted easily. The simulation shows that the optimized sheet beam TWT can produce 2000 W output power and the 3 dB band ranging from 33 to 40 GHz.     

低引导磁场相对论返波管振荡器设计

从线性化的Vlasov方程出发,研究了相对论返波管中产生的微波功率与磁场的关系,给出了低引导磁场相对论返波管振荡器的设计准则;设计了一个高效率的高功率返波管振荡器,通过采用过模的分段、非均匀慢波结构,实现器件的高效率、高功率运行,同时通过在慢波结构末端添加部分反射腔来降低引导磁场强度.当引导磁场强度为0.6T、电子能量和束流分别为800 keV和7.6kA时,采用2.5维Particle in Cell(PIC)程序模拟得到频率为9.6 GHz、功率为1.85 GW的微波输出.     

W波段宽带螺旋线行波管设计

提出了W波段螺旋线宽带行波管(TWT)设计方案,论述了高频系统、电子光学系统以及输能系统的计算与模拟。结果表明在80 GHz~100 GHz的范围内,能够得到大于15 W的输出功率,为开展W波段低电压螺旋线行波管的研制工作提供了依据。     

Experimental Investigation of a Novel Circuit for Millimeter-Wave TWTs

A novel folded waveguide circuit that features thick iron pole pieces with hollow centers was built as part of a periodic-permanent-magnet-focused W-band single-stage test-vehicle traveling-wave tube (TWT). These hollow centers, which comprise part of the slow wave circuit, increase the rms axial field and significantly reduce the unwanted transverse field imbalance. For this TWT, a tetrode gun that creates an ultralaminar 20-kV 0.25-A nominal electron beam was used. It was demonstrated that this gun and magnetic structure can provide greater than 97% beam transmission for peak beam power levels as high as 9.25 kW (25 kV, 0.37 A). The unplated circuit, operating around 91 GHz on the edge of a passband, exhibits between 10 dB and 12 dB gain that compares favorably with results of device modeling utilizing the 3D particle-in-cell code Magic3D. Using a feedback approach to characterize large-signal operation, the tube generated 40 W of regenerative oscillator power. Design-optimized versions of this circuit show promise of enabling W-band TWT amplifiers that provide up to 300 W of peak RF output power     

W波段双带状电子注新型平面慢波结构行波管

提出了一种适用于W波段行波管(TWT)的双注矩形环杆(DBRRB)慢波结构(SWS),该结构具有平面特性,适合于微细加工.在一对T形介质杆的支撑下,RRB SWS适用于双带状电子注工作.利用计算机仿真分析了其高频特性.设计并采用了渐变结构和阶梯波导的宽带输入输出结构.采用粒子(PIC)模拟研究了RRB SWS的热仿真性...     

一体化电磁聚焦系统加载技术的研究

为了提高行波管用电磁聚焦系统的效率,在一体化电磁聚焦系统的无加载设计基础上,进行了加载技术的研究,通过使用CST软件和MTSS软件进行仿真设计,然后进行装管验证。研究结果表明：对某X波段大功率耦合腔行波管的一体化电磁聚焦系统进行加载后,可实现对电磁聚焦磁场的局部调节,且基本不影响相临区域的磁场,在获得相同磁场强度的条件下,线包的耗散功率降低了3%左右。因此,对一体化电磁聚焦系统进行加载技术的研究有较好的实际意义。     

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。