高功率毫米波回旋器件实验研究

介质加载是解决回旋行波管振荡一个较好的方法,本文利用这种结构在Ka波段回旋行波管的实验中利用这种结构在工作模式TE01,加速电压66 kV,电子注电流13A得到了293 kW的峰值输出功率,最大增益56 dB,效率34.2％,3 dB带宽2.1 GHz的结果;介绍了W波段回旋行波管、回旋振荡管、Q波段回旋行波管的实验情况.     

Ka波段二次谐波回旋行波管放大器的研究

二次谐波回旋行波管放大器的互作用磁场比基波回旋行波管放大器的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对周期介质加载结构的Ka波段二次谐波回旋行波管电子枪、高频结构、模式竞争以及注波互作用研究,确定了Ka波段TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数,通过PIC模拟计算,在电子注电压为90 kV,注电流为25 A时,获得了大于200 kW的输出功率,超过40 dB的增益。     

Ka波段基波回旋行波管放大器的模拟与设计

完成了Ka波段基次谐波TE01模回旋行波管的初步设计,通过PIC模拟计算获得了回旋行波管稳定工作的详细物理图像和参数依赖关系．模拟计算表明,在电子注电压为100kV,电子注电流为20A,工作磁场为1．27T时,放大器可以获得大于450kW的输出功率、50dB增益、大于22．5％的效率和约为5％的带宽．     

Ka波段500W脉冲空间行波管研制

针对空间探测领域的应用需求,本文采用大功率返波振荡抑制技术以及过渡波导输能技术,设计出了一种Ka波段580 W脉冲空间行波管。经过实际的样管测试验证,功率≥580 W,饱和增益≥47 dB,实现了Ka波段500 W脉冲空间行波管主要技术参数。     

周期介质加载大轨道回旋行波管研究

通过耦合系数、模式竞争和起振条件分析谐波状态下采用大回旋电子注周期性介质加载结构的注波互作用特点,并通过理论分析和PIC粒子模拟,优化设计出一支Ka波段大回旋电子注回旋行波管。该回旋行波管处于二次谐波工作状态,互作用结构采用周期性介质加载结构,结构简单,工艺成熟。仿真结果表明,在电子注为75 kV、电流为9 A、磁场强度仅为0.51 T的工作条件下,所设计的回旋行波管最大输出功率达到了156 kW,3 dB带宽为4.4 GHz,最大增益为47.18 dB,磁场用常规电磁线圈磁体产生即可达到要求。     

高功率回旋行波管新型宽带输出窗的设计

首先利用场匹配理论和传输级联矩阵建立多层介质窗的普遍分析方法,对回旋行波管输出窗进行解析分析,在理论分析和数值计算的基础上得到回旋行波管宽带输出窗的结构和尺寸;然后利用三维高频分析软件HFSS进行仿真和验证.通过热分析和优化设计,在Ka波段获得了平均功率容量达到50 kW,反射系数小于-20 dB的带宽约为3.6 GHz的高性能新型宽带输出窗.冷测实验表明,冷测结果与数值计算结果较为吻合.     

螺距跳变技术优化行波管电子效率的研究

行波管采用动态速度渐变（DVT）技术能获得很高的电子互作用效率。这里采用粒子模拟（PIC）技术对Ka波段某螺旋线空间行波管慢波结构进行模拟,分析了采用DVT技术的慢波结构内部各段螺距的大小和长度对行波管电子效率以及增益的影响。对慢波结构进行优化,优化后,电子效率由17．53％提高至27．27％,增益由51．17dB增加至53．09dB。     

Ka波段宽带螺旋线行波管研制

主要针对Ka波段宽带高功率螺旋线行波管慢波结构进行了优化设计,旨在提高行波管输出功率和效率,并对返波振荡特性进行了仿真分析。行波管测试结果表明,在工作频段26.5～40 GHz,连续波输出功率大于200 W,总效率超过41%,增益大于31.5 dB。该管可作为Ka波段大功率毫米波功率放大器,应用于各类军事和民用电子系统中。     

Ku 波段回旋行波管设计与分析

设计了用于Ku波段的介质加载回旋行波管。阐述了磁控注入电子枪的设计,采用均匀介质加载的结构来抑制回旋行波管的自激振荡,降低了回旋行波管的起振电流,同时提高了寄生模式的起振长度。设计了线极化输入耦合器。设计的回旋行波管工作电压为70kV,工作电流为10A,最大峰值功率210kW,最大功率处增益为35dB,3dB带宽为1.8GHz。     

具有高稳定性的模式选择电路回旋行波管放大器

该文基于线性理论和自洽非线性理论,对具有模式选择特性的损耗陶瓷和金属环交替加载的Ka波段TE01模回旋行波管放大器进行理论建模和稳定性分析。分析表明损耗陶瓷加载波导具有模式选择特性,其传输特性类似于光滑圆波导;稳定性分析揭示了互作用系统自激振荡的内反馈机制。将理论分析与美国海军实验室的实验工作进行了比较,证明了该文理论模型的可靠性。该文的理论模型对回旋行波管放大器的设计具有一定的指导意义。     

LARGE-SIGNAL SIMULATIONS OF A GYROTRON TRAVELING-WAVE AMPLIFIER WITH A MODE-SELECTIVE INTERACTION CIRCUIT

A self-consistent nonlinear theory is used to analyze the saturated performances of a Ka-band gyrotron traveling wave amplifier (gyro-TWA) operating at the fundamental with a mode-selective interaction circuit involving a tapered vane-slot mode converter. The amplifier is predicted to generate 140 kW saturated output power with 33.3% efficiency, a saturated gain of 33dB, and a 3dB bandwidth of 2.7 GHz (8%) for a 70 kV, 6A electron beam with a velocity ratio of 1.0 and an axial velocity spread of 5%.     

Design and Simulation of a Ka-Band TE<Subscript>11</Subscript> Mode Gyro-Traveling-Wave Amplifier

The design of a Ka-band gyrotron traveling wave amplifier with high power and wide bandwidth is presented in detail. The amplifier operates in the TE11 circular mode at the fundamental cyclotron harmonic. The distributed loss technique is adopted in the interaction circuit which guarantees the amplifier zero-drive stability. The effects of the parameters such as input power, driver frequency and magnetic field on the performance of the gyro-TWT are discussed. The simulation results show that the gain and the 3dB bandwidth of the designed Ka-band gyro-TWT are about 56.0dB and 1.8 GHz ,respectively. The peak output power and the corresponding electronic efficiency are about 100 kW and 23.8% respectively with the voltage 70 kV and the current 6A at the velocity ratio 1.0.     

Ka波段三段损耗波导结构二次谐波回旋行波放大器的模拟与设计

研究了一种具有多段损耗波导结构的8ram二次谐波回旋行波放大器.通过稳定性分析,确定了放大器的工 作参数,并对其注.波互作用过程进行了详细的分析和讨论,完成了工作在35GHzTE02模二次谐波三段损耗波导结构回旋行波放大器的优化设计.非线性模拟结果表明,该互作用结构能有效地抑制寄生模式,在速度零散为3%的情况下,其峰值功率为125kW、增益为39dB、3dB带宽为4.3%.     

Ka波段TE_（01）模回旋速调管带新型渐变段输出腔设计

利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论,设计出一种Ka波段TE01模回旋速调管带该新型渐变段输出腔。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化,研究了该新型渐变段的传输参数、反射参数、对杂模的抑制等性能指标。仿真结果表明：在渐变段长度为80mm、口径由14mm变化到32mm的情况下,在33～35GHz的范围内该新型渐变的传输参数大于-0.016dB,反射参数小于-55dB,对TE02模的耦合为-25dB和对TE03模抑制在-55dB以下;而该输出腔的中心频率为34.075GHz,Q值为109.6,工作模式TE01模式的模式纯度大于0.94。     

Study of a Ka-Band TE11 Mode Gyrotron Traveling-Wave Amplifier

A Ka-band gyrotron traveling wave (gyro-TWT) amplifier with high power and wide bandwidth operated in the fundamental TE11 circular mode is presented in detail. The stability of the gyro-TWT amplifier using linear and nonlinear theory is analyzed. The distributed loss technique is employed in the interaction circuit which guarantees the amplifier zero-drive stability. The effects of the parameters such as input power, driver frequency, magnetic field on the performance of the gyro-TWT is discussed. The simulation results show that the gain and the bandwidth of the designed Ka-band gyro-TWT are about 60.0 dB and 1.4 GHz at constant drive with an axial velocity spread Dv_z \mathord

大轨道回旋行波放大器非线性理论及电子注偏心的影响

建立了大轨道电子注回旋行波放大器的非线性理论,并考虑了电子注偏心时的情况.利用该理论分别研究了大轨道电子注偏心对工作模式和返波振荡模式的影响.结果表明,对于工作模式,偏心导致放大器的平均单位长度增益下降,而对于返波振荡模式来说,偏心导致了可能存在的振荡模式发生变化,使得大轨道电子注偏心时的模式竞争更加复杂.     

Influence of Reflections of the Output Port on Beam-wave Interaction in Gyrotron Traveling Wave Amplifier

Based on the nonlinear self-consistent theory of gyrotron traveling wave amplifier (gyro-TWA), the influence of the reflections of the output port with the taper on the beam-wave interaction in the gyro-TWA is studied. The simulation results show that the reflections have great effects on the TE₀₁ mode gyro-TWA operating at the fundamental. The influence of the taper angle and the interaction length on the beam-wave interaction and the power profile is discussed and the corresponding physical mechanism is analyzed. The saturated output power keeps same approximately with the increase of the taper angle in the presence of reflection while the saturated gain decreases obviously.     

Theoretical and Experimental Investigation of a Ka-band Gyro-TWT with Lossy Interaction Structure

The stability analysis of a Ka-band gyrotron traveling-wave tube amplifier (gyro-TWT) operating in the circular TE₀₁ mode at the fundamental cyclotron harmonic is presented. The small signal linear theory is used to analyze the amplification of operation mode and oscillation of parasitic modes. The optimum dielectric parameters including loss layer thickness and permittivity are given. Propagation loss of operation mode is 3 dB/cm with the thickness of loss layer d = 0.7 mm and relative permittivity ξ″ = 11−6j, and propagation loss per unit length of parasitic modes TE₁₁, TE₂₁, TE₀₂ at each oscillation frequency (24.85 GHz, 27.85 GHz, 61.2 GHz) is 2.5 dB/cm, 6 dB/cm, 7.5 dB/cm, respectively, sufficient to suppress oscillations of operation and parasitic modes. Taking advantage of the optimized parameters of loaded dielectric, a high gain scheme has been demonstrated in a 34-GHz, TE₀₁-mode gyro-TWT, producing 160 kW saturated output power at 40 dB stable gain and 22.8% efficiency with a 3-dB bandwidth of 5%.     

TE21模回旋返波振荡的起振分析

该文基于回旋行波放大器的线性理论,对TE₂₁模回旋返波振荡起振长度和起振频率随导引中心半径、电压、速度比、注电流及工作磁场等参数的变化进行了详细的数值模拟,并给出了相应的物理解释,分析了TE₂₁模基波和二次谐波回旋返波振荡特点,研究了分布损耗对回旋返波振荡的抑制效果。所得结果对回旋行波放大器和回旋返波振荡器的设计有参考意义。     

Ka全频段功率合成放大器的设计

采用基于波导-微带探针阵列的四路波导空间功率分配/ 合成结构,研制了一种Ka 全频段1 W 功率合成放大器。该模块中集成了驱动放大器以提高整个功放的增益。利用镜像原理,简化了具有对称性结构的波导-微带四探针功率分配/ 合成网络的仿真设计。在分析了屏蔽微带线相关寄生模式的基础上,合理设计腔体结构,保证了合成放大器在全频段内稳定工作。实测结果表明,在26.5 ~40 GHz 的Ka 全频段范围内,连续波饱和输出功率大于30.5 dBm,小信号增益大于40 dB。合成效率全频带内大于84%,36 GHz 以下频段高于88%。