空间行波管多级降压收集极的设计和模拟

多级降压收集极被广泛地应用于空间行波管的设计中,本文介绍了一种四级降压收集极的设计和模拟方法。通过对某一空间行波管互作用后的废电子注信息进行分析,得到电子注在收集极的入口条件,并且根据电子注入口条件确定各电极的电位,用行波管模拟软件模拟废电子注在收集极内的发射情况,计算出收集极的效率,通过分析电子注粒子运行轨迹和能量分布,优化收集极边界条件和各电极电位设置,提高收集极效率,降低电子回流率。结果表明：利用此方法计算得到的收集极效率达到80%以上,该模拟分析方法对行波管收集极的研究设计具有参考价值。     

多注行波管收集极的设计与模拟

多级降压收集极是提高行波管效率的有效途径,本文在粒子算法的基础上,编写了多注行波管收集极的专用软件,实现了电子收集的三维模拟,计算结果与二维程序进行了比较,并利用该软件设计模拟了一个五注行波管两级降压收集极,对计算结果进行了分析。     

耦合腔行波管电参量对降压收集极特性的影响

该文基于Orprogr软件,在X波段模拟设计出耦合腔行波管的期待电性能,并利用互作用后的电子注为入口条件,优化设计出收集效率大于71.5%、电子注着陆相对均匀的三级降压收集极。在上述条件下,讨论了电子进入收集极层流性(速度比)、电极形状、电极电压以及收集极内电场分布对电子运动的影响,从物理上给出了电子注在收集极表面着陆特点的详细分析。     

行波管非对称收集极的研究

目前行波管正朝着小型化、大功率以及高频率三个方向发展。对行波管的收集极进行一维或者多维尺寸的非对称改进是行波管小型化的重要途径。椭圆收集极相对传统圆收集极具有内表面面积大、一维尺寸小等优点,是一种非常可取的收集极形状。根据轴对称电场几何相似性定理,在收集极入口通过类似四极透镜作用将圆柱型电子注压缩成为类椭圆形电子注,更利于椭形收集极对电子的回收。利用计算机辅助设计软件对重新设计的行波管椭圆收集极进行仿真,为非对称收集极设计提供参考[1]。     

W波段回旋行波管放大器速度零散的分析

通过包含速度零散影响的回旋行波管放大器的非线性理论模型,以W波段两段结构回旋行波管放大器为例,详细分析了速度零散对放大器电子注—波互作用的影响.模拟结果表明,通过合理地调整互作用长度,减小电子横纵速度比、调节工作磁场等方法可以有效地减小速度零散的影响,对回旋行波管放大器的优化设计提供了理论依据.     

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。     

高效率偏心多级降压收集极的研究

本文以高效率、低返流率为优化目标,对K 波段行波管的多级降压收集极进行设计。通过MTSS 软件对收集极 进行优化,从模拟结果中可知：当电子注工作在动态时,考虑和未考虑二次电子的情况下,收集极的效率分别为82%和 79.15%,电子回流率分别为0.08%和0.39%。此结果满足毫米波行波管设计的要求,相关的实验测试正在进行中。     

W 波段回旋行波管双阳极磁控注入电子枪的设计

回旋行波管是大功率、高频率的微波毫米波器件。根据W波段回旋行波管的要求,设计了双阳级磁控注入电子枪。由电子光学理论,计算得到电子枪的初始参量,然后利用粒子模拟软件MAGIC构造电子枪模型,分析电子枪各个参数对电子注性能的影响,为电子枪设计优化提供了一定的依据。最后优化得到符合设计要求的低速度零散电子枪结构。电子枪阳极电压为70kV,电流10A,电子注速比1.07,电子注横向速度零散0.8%。     

用于倍频程带宽、高性能行波管的小型、81～83.5％效率的2级和4级降压收集极

在美国空军(USAF)——国家航宇局(NASA)共同制定的规划中,Lewis研究中心正在进行电子对抗行波管效率的改进工作,它是通过采用多级降压收集极(MDC)以及在该中心所探索的对耗能电子注的再聚焦技术来实现的。在本规划的分析阶段,计算了整个行波管的三维电子注轨迹。轨迹计算一直到耗能电子注的再聚焦区和降压收集极。对收集极效率、收集极损耗和管子总效率进行了验证和计算。在实验工作方面,首先对不用多级降压收集极的管子性能进行估测,然后对耗能电子注的对称性、圆度和速度离散作了分析。最后,装上了多级降压收集极,使其性能最佳并进行了估测。对于理想的行波管,三维理论表明:具有对称、圆型并有最佳再聚焦电子注的2级多极降压收集极在中心频带有81％的效率(多级降压收集极),而4级多级降压收集极有85％的效率。实验结果所获得的数据表明:一个倍频程带宽——(4.8～9.6)千兆赫、功率为330～550瓦行波管的2级和4级降压收集极的最小多级降压收集极效率分别为81％和83％。     

行波管多级降压收集极的计算和实验研究

采用多级降压收集极是提高行波管效率析有效途径之一。本文在ＳＬＡＣ－２６６程序的基础上对一支带有二级降压收集极的国外行波管进行了计算,并且将计算结果同实验结果进行了比较。同时用电子注分析仪对降压收集极区电子注和纵向速度分布进行了实验研究,获得了该二级降压收集极的部分工作曲线,并对实验结果进行了分析讨论。     

D波段行波管三级降压收集极的设计

效率是行波管(TWT)的重要技术指标,为提高某一0.22 THz折叠波导行波管的效率,需设计多级降压收集极。对注波互作用后的电子注信息进行分析,估算收集极效率最高时的电压设置。利用电磁仿真软件对三级降压收集极电极结构和电压设置进行仿真优化,得到效率大于87.5%,回流电流小于0.328 9 mA的轴对称三级降压收集极;在第二电极入口采用斜口结构进行仿真优化,得到回流电流小于0.075 mA的非轴对称三级降压收集极。结果表明,采用斜口结构可以有效降低0.22 THz行波管多级降压收集极的回流电流。     

Integrated Design of Undepressed Collector for Low Power Gyrotron

A 42 GHz, 200 kW continuous wave (CW) gyrotron, operating at TE₀₃ mode is under development for the electron cyclotron resonance plasma heating of the Indian TOKAMAK system. The gyrotron is made up of an undepressed collector. The undepressed collector is simple to design and cost effective. In this paper, a detailed design study of the undepressed collector for the 42 GHz gyrotron is presented. The EGUN code is used to analyze the spent electron beam trajectory for the maximum spread to reduce the power loading on the collector surface. To achieve wall loading ≤1 kW/cm², a collector with a length of 800 mm and a radius of 42.5 mm is designed. The design also includes the three magnet systems around the collector for maximum and uniform beam spread. The thermal and the structural analyses are done using the ANSYS code to optimize the collector structure and dimensions with tolerance.     

Ka波段回旋行波管电子枪阴极热分析

利用有限元软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极组件进行热分析,得到了100W加热功率情况下的温度分布以及热形变情况,并利用EGUN软件分析了热形变后的阴极发射的电子注性能的变化。最后测试了实际阴极的温度,测试结果与模拟相符。为电子枪的设计、优化和实际装配提供了一定的依据。     

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.     

Self-Consistent Nonlinear Simulation of a Severed Slotted Gyro-TWT

The behavior of a two-stage slotted Gyro-TWT amplifier is evaluated with a self-consistent nonlinear slow-timescale simulation code. The effects of the sever position and the lengths of the first section, sever, and the second section on beam-wave interaction are discussed in this paper. And the influences of the magnetic field and the electron beam's velocity spread on efficiency, gain and bandwidth are also simulated and discussed in detail. The electron beam we employ encircles around the axis of the wave guide.     

螺旋波纹波导回旋行波管非线性理论研究

非线性理论是一种以驻波互作用过程为对象的大信号理论,它能准确地反应电子与波的互作用过程,计算输出功率、效率等其他非线性理论问题。采用非线性理论中的自洽非线性理论和耦舍波理论对螺旋波纹波导回旋行波管进行研究,结和电子运动方程和互作用方程,反映电子运动和场的激励相互演变过程。     

铁电阴极电子发射实验研究

为提高铁电阴极材料的电子发射电流密度及电子束品质,采用等静压成型工艺制备PZT铁电阴极样品,研究了真空度、温度、极间距、收集极和极间铜网等测试条件对其电子发射性能的影响。结果表明:利用等静压成型工艺制备样品,并进行硅橡胶绝缘层保护,在真空度高于10–3Pa,极间距为2.5mm,并在极间添加铜网,采用石墨收集极情况下进行电子发射实验,可获得铁电阴极样品测试最佳效果。     

一种三段式互作用结构谐波倍增回旋行波放大器互作用电路的模拟

该文给出了一种三段式互作用结构谐波倍增回旋行波管放大器互作用电路的理论设计过程。利用线性理论研究竞争模式的起振条件,选取保证工作模式稳定的工作参数。利用自洽非线性理论研究其饱和输出性能。计算表明,在100kV,25A,速度比1.0以及速度零散5%的电子注推动下,在34.6GHz频率可获得饱和输出功率540kW,效率21.6%,增益58dB和约4.5%的3dB带宽。     

140 GHz共焦波导结构回旋行波管放大器

为减少太赫兹回旋器件模式密度和降低模式竞争问题,利用具有模式选择特点的共焦波导结构作为140 GHz回旋行波管(Gyro-TWT)的高频互作用系统。在理论分析基础上,建立注波互作用计算模型并对其进行数值计算;通过对共焦波导高频场分布、衍射损耗、耦合系数以及注波互作用效率等输出参量的分析,选择HE06作为工作模式,确定了140 GHz Gyro-TWT放大器的基本结构和工作参数,并利用注波互作用非线性理论进行分析。模拟结果表明：在注电压为35 kV,注电流2 A,速度比为0.75时,该高频结构在140 GHz频点获得12 kW峰值输出功率,17.1%电子效率和38 dB饱和增益,3 dB带宽达到6 GHz。