基于注入锁频理论的扫频磁控管的理论与仿真

为了给需要大功率扫频微波源的变频微波加热、通信干扰等领域提供一种高效低成本的解决途径,在磁控管注入锁频理论的基础上,提出了一种基于磁控管的扫频大功率微波源。首先通过磁控管的等效电路模型对该设想进行了可行性分析,然后在微波仿真软件CST STUDIO SUITE中对磁控管建模并进行particle-in-cell仿真验证。分析了注入比对磁控管高频电压输出以及频谱的影响。磁控管的最高扫频带宽可达21 MHz。     

S波段大功率注入锁频磁控管的输出特性

在多路注入锁频大功率连续波磁控管的相干功率合成实验中,输出特性分析有利于提升合成效率。搭建了一款S波段20 kW连续波磁控管注入实验系统,该系统包含幅频可调的微波源和移相器,由磁控管信号发生系统、注入锁定系统以及相位差检测系统3个小系统组成。利用外部注入信号,分别对磁控管输出信号的相位稳定度、频谱和相位噪声进行实验分析,实现了对实际磁控管在外部注入前后的特性分析。其中,相位差波动最小不足4°,最大17°,锁频带宽在2.9~13 MHz之间变化,在偏移频率1 MHz内对相位噪声抑制超过40 dB;并对注入锁频信号与输出信号之间的关系进行了总结,为多路大功率磁控管的功率合成提供理论依据。     

微波管市场状况

据《微波杂志》1977年7月号报导,在今后五年内,美国微波管生产将保持在几乎稳定的水平上。一方面,随着大功率应用要求日益增长,另一方面,在低功率方面微波管继续失势于固态电路,在这种情况下,美国微波管生产将从1976年的207百万美元增长到1981年的263百万美元,每年平均增长率为4.9%。在1976年微波管生产中,前向波管占比例最大,每年增长5.2%。由于美国微波炉的生产和换管的需要,尽管进口数量在增加,磁控管仍将有适度的增长。速调管将保持停滞不前的状态,因为固态振荡器在继续取代反射速调管,连续波前向波管在卫星地面站发射机和其它应用方面将取代速调管。军用电子学在1976年微波管的主要 OEM 市场,见表1。但是,消费应用(微波炉)有很大的增长,消耗用磁控管每年增加9.3%。     

大功率微波电源的制备研究

研制并测试一种新型的基于CK-619型连续波磁控管、以ATmega 16L单片机为控制核心的大功率微波电源.与以前的微波电源相比,该电源产生的微波能量主要来自于耦合的大功率微波电场所产生的高压直流电能,由此产生的高功率、高密度的等离子体形状基本可以满足通过化学气相沉积大面积高质量金刚石厚膜的实验和工业要求.通过大量时间...     

浅谈磁控管

磁控管可分为连续波磁控管和脉冲磁控管两类。前者主要用于家用微波炉、医用微波治疗机、手术刀等微波器械中;后者多用于雷达发射机等军用设备中。本文主要介绍连续波磁控管的功能特点、工作原理及使用注意事项。连续波磁控管的功能是在控制装置的控制下,把市电转换成微波以加热食品或用于对患者治疗、手术及消毒。连续波磁控管具有效率高、体积小、重量轻、抗过载能力强、微波泄     

S波段1 kW连续波磁控管拓展注入锁频带宽

注入锁频技术是实现多只磁控管相干功率合成的关键技术。对S波段1 k W连续波磁控管输出信号频谱的改善进行研究,分析了灯丝电流对磁控管输出特性的影响,通过降低灯丝电流使磁控管自由振荡下的输出微波频带宽度由10 MHz降低至300 k Hz。通过提高参考信号的注入功率,有效地拓展了连续波磁控管的注入锁频带宽,最终获得了高达14 MHz的注入锁频带宽。在不同注入功率比的情况下,该连续波磁控管的外观品质因数QE为52~72。     

机载小型油冷散热系统的设计

机载电子对抗发射设备用的是连续波大功率发射管,如行波管、返波管、磁控管和前向波放大管等。这些管子有相当一部分电能转变成热能,如不及时处理,将会严重影响电子设备的正常工作,因此解决大功率管散热问题是现代电子对抗机械设计的一个重要方面。本文着重介绍一种机载连续波大功率管油冷散热系统的设计。一、油冷散热系统的组成油冷散热系统的方框图如图1所示。它由热交换器、储油器、油泵、风机、压力继     

S波段15 kW连续波磁控管注入锁频实验研究

注入锁频是磁控管相干功率合成的基础,本文开展了15 kW磁控管的注入锁频实验,研究了注入微波功率与可牵引带宽之间的关系。实现了15 kW磁控管注入锁频,分析了不同注入功率下磁控管可牵引带宽。实验结果表明,磁控管注入锁频牵引带宽随注入功率增大而增加,在165 W注入功率下牵引带宽达到5 MHz。该15 kW磁控管可用于大功率微波相干功率合成,为多支大功率磁控管进行功率合成研究奠定了基础。     

大功率长寿命连续波磁控管注入锁频技术

在工业生产中加热对象往往体积庞大,微波功率不够高将直接影响加热效果,并严重制约生产规模,远不能满足大规模工业连续生产的需求。简单将多只磁控管作为独立微波源进行非相干功率合成,造成了功率合成效率低、难以消除磁控管之间相互问的干扰。严重影响微波源的工作稳定性和工作寿命,甚至直接损坏微波源。普通连续波磁控管是一种复杂幅相特性微波器件,通常其幅度易受工作条件的影响、频率和相位随机变化、幅度和相位变化相互牵连,使得进行相干功率合成具有相当大的难度。而随着注入锁频技术的引入,注入锁频连续波磁控管将能很好的解决这些问题,可实现真正意义上的相干功率合成,为微波能大规模工业应用开辟广阔的前景。     

一种C波段功率放大器的设计

介绍了一种C波段脉冲功率放大器,可将小功率微波信号调制放大为大功率微波信号以驱动真空行波管或直接输出。调制信号由外部输入。该放大器相对带宽可达30%,并可工作于连续波或脉冲波2种放大模式。     

大功率速调管的技术现状和最新进展

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空电子器件,它具有高功率、高效率、高增益和高稳定性等优点,是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。速调管自20世纪30年代发明以来,在粒子加速器、雷达和通信等微波电子系统,以及真空电子技术进步的推动下,已发展成功多种类型大功率速调管,其频率覆盖整个微波,并扩展到毫米波和太赫兹波段,最大脉冲功率达200MW,最大平均(连续波)功率达MW级。近年来,在高能粒子加速器、宽带雷达系统、毫米波和太赫兹波电子系统的推动下,大功率速调管取得了令人瞩目的进步,本文比较系统地介绍了大功率速调管的技术现状和在提高功率、提高效率、提高工作频率、展宽带宽等方面取得的最新进展。     

基于磁控管的S波段大功率窄带随机信号源研究

磁控管具有功率大,效率高,体积小,成本低等特点,且输出频谱也与其阳极电压和阴极电流密切相关,据此特性研制了基于磁控管的S波段大功率窄带随机信号源。通过实验探究不同阴极电流和阳极电压下磁控管的输出频谱,并利用微控芯片控制磁控管的阴极电流和阳极电压产生随机变化,实现了大功率窄带随机信号的产生。结果表明,窄带随机信号的中心频率为2.46 GHz,平均输出功率达到1.4 kW,直流到微波的转换效率超过70%。本文研制的大功率窄带随机信号源在通信干扰与抗干扰等领域有潜在的应用价值。     

Design of a Ka Band 35 kW CW Low-Voltage Harmonic Gyrotron

In this paper, a continuous wave (CW) low-voltage second harmonic gyrotron with the conventional cavity has been preliminarily designed and evaluated with self-consistent nonlinear simulation code and the particle-in-cell code CHIPIC. The simulation results of the two codes are shown to be in agreement basically. The 35 kW CW output power of the designed harmonic gyrotron driven by a 25 kV 5.0A electron beam from a magnetron injection gun (MIG) is obtained. The maximum output power and the electronic efficiency of the gyrotron is about 35 kW and 30% respectively.     

医用微波理疗磁控管装置控制系统设计

微波具有良好的穿透与吸收特性，可用于医疗领域。作为典型的微波发生装置，磁控管可以将电能转换成微波能量，微波能量聚集后作用于医疗对象，进而产生相应的理疗效果。为了解决微波能量输出过程中的可靠性问题，需要研发相应的控制装置来实现磁控管微波能量的持续稳定输出。文中在掌握了磁控管器件工作特性的基础上，设计了基于交流双向斩波控制的磁控管驱动控制系统。该系统实时采样磁控管阳极工作电流，控制器对工作电流进行偏差整定后采用比例积分微分(Proportional Integral Differentiation, PID)进行控制，在电流闭环的方式下实现了磁控管微波的连续可调恒功率输出。作为小型物理型辅助理疗装置，系统经过持续不断的优化，设备在市场上已经得到了广泛应用，取得了较好的应用效果。     

一种紧凑型大功率微波固态源

传统的微波源主要由行波管、磁控管、返波管等电真空器件实现,但因其工作电压高、功耗大、体积大,导致在使用安全性、利用效率和便携性等方面存在不足。而微波固态源由于具有效率高、谐波抑制性能好、稳定性高等优点,正逐步替代传统微波源,有着很好的发展空间。设计了一种紧凑型大功率微波固态源,采用锁相环作为信源,通过三级功放级联对微波信号进行逐级放大,最终输出频率为915 MHz、功率为300 W 的微波信号。测试结果表明该固态源的工作效率≥70%,二次谐波抑制≤-40 dBc,三次谐波抑制≤-50 dBc。该设计在微波加热和解冻等方面具有很好的应用前景。     

关于磁控注入式电子枪的噪声问题

磁控注入式电子枪能提供高导流系数的电子注,可应用于大功率微波管中。但是,通常认为这种电子枪属于交叉场型的,具有交叉场器件固有高噪声的特性。这使它的应用受到了限制。 有两个实验打破了上述这种看法。1962年C波段低噪声行波管应用磁控注入式电子枪获得了3.1dB的噪声系数。1965年S波段中功率前向波放大器获得了3.5dB的噪声系数。但这些器件均限于中小功率范围,阴极长度很短,即阴极长径比很小的情况;而对于大功率管中使用的磁控注入式电子枪,能否获得足够小的噪声系数的问题,尚有待于进一步深入研究。 本文简要讨论了影响大功率微波管中磁控注入式电子枪噪声的主要因素以及通过改变阴极区磁场分布的方法来减小噪声的实验结果。     

世纪之交的微波真空器件

回顾了微波真空器件的发展史，包括传统微波器件(行波管、速调管和磁控管)，快波器件和超高功率源。并讨论了它们的发展前景。     

输出功率连续线性可调的微波干燥系统设计

针对目前功率可调微波系统存在的问题,设计了一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统。通过反馈控制电路调节磁控管谐振腔极板的电压,从而实现微波输出功率的连续线性可调。该系统主要包括独立磁控管灯丝供电、电压-功率非线性校正以及反馈控制的磁控管谐振腔供电电路等3 部分构成。通过实验验证了输入所需的功率密度和实际输出的功率密度之间直线度较好,确定系数R² 为0.9709。     

微波真空电子器件的发展与应用

根据真空电子器件的工作原理,其百年发展史可分为三个阶段:以静电控制的普通电子管阶段、以动态控制原理工作的微波真空电子器件阶段、基于相对论效应的新型器件阶段,每个阶段的代表管型在各自的应用领域都发挥了重要的作用。随着电磁波谱的开发利用,微波真空电子器件的技术水平向高频率、高功率、高效率方向发展,推动着军用装备和工业应用的不断拓展,特别在航天领域有长足发展。本文综述微波真空电子器件在厘米波段、毫米波段和太赫兹波段技术发展和装备应用概况,探讨未来的发展方向。