W波段带状注扩展互作用速调管三维MAGIC研究

带状注扩展互作用速调管通过采用宽高比值很大的带状电子注来降低空间电荷效应,采用多间隙结构来增加功率容量,是一种高频率、高功率的微波真空放大器件。本文利用CST Microwave Studio与MAGIC设计了2π模W波段带状注五间隙扩展互作用谐振腔,重点研究了五间隙谐振腔关键结构参数对谐振腔特性阻抗与谐振频率的影响,并对器件稳定性与带状注双腔速调管注波互作用特性进行了三维MAGIC仿真与分析。最后,在电子注电压为19.5 kV,电流为3.5 A时,获得大于8 kW的输出功率、23 dB左右的增益。     

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

带状注速调管是采用宽高比值很大的薄矩形注来降低空间电荷效应,采用特殊的高频结构来增加功率容量,从而使注波互作用效率得到提高的一种新型微波电真空器件.本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果.模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率.     

W波段平面线形排列多注分布作用管谐振腔的研究

通过三维仿真软件CST-MSW建立了平面线形排列的多注分布作用速调管五间隙谐振腔的物理模型,获得了结构参数对腔体的场形、特性阻抗等相关冷参数的影响.在工作模式频率相同的情况下,对平面线形排列的多注分布作用速调管五间隙腔体和带状注速调管传统的哑铃型五间隙腔体参数进行了对比分析.研究表明,平面线形排列的多注分布作用速调管谐振腔具有结构稳定、有效互作用阻抗高等优点.同时还发现在一定频带范围内这种平面线形排列的多注分布作用速调管谐振腔具有较少的非工作模式,这对实际工程制管具有重要指导意义.     

W波段回旋速调管放大器的优化设计与分析

在模式场匹配理论和注波互作用非线性理论的基础上,对TE01模W波段回旋速调管冷腔模型进行了模拟分析,通过分析结果建立了4腔高频系统粒子模拟模型,并对其注波互作用进行了详细分析、计算,优化得到在注电压为75kV,注电流为15A,磁场为3.29T,输入功率为72W,纵横速度比α为1.5时,输出功率为362kW,效率超过32%,增益为37dB的设计模型。     

带有三间隙耦合输出腔的X波段EIK注波互作用系统研究

扩展互作用速调管是通过使用分布作用谐振腔技术来扩展其瞬时工作带宽, 可以在高工作频段, 实现高功率、高效率、高增益、宽频带的一种紧凑型微波真空器件, 在军事、科学和商业领域有着广阔的应用前景。本文以X波段为例, 设计了三间隙耦合腔输出结构, 对其群时延特性及间隙阻抗特性进行了分析计算, 设计了扩展互作用速调管高频互作用电路, 通过加载、参差调谐等方法使整个高频系统的输出达到稳定, 并且具有较大的输出带宽。结果表明, 在X波段, 在工作频率为f₀GHz, 输入功率为200 W时, 3 dB瞬时带宽达到11.5%。     

同轴腔高功率多注速调管注-波互作用系统的模拟设计

以同轴腔高功率多注速调管为研究对象,以大信号程序KLY及PIC粒子模拟软件对其多电子注-波互作用系统开展了一维初始设计、二维等效设计及全三维模拟设计.通过采用二次谐波腔技术及参数优化,使同轴腔注-波互作用系统达到了70％以上的计算效率.与传统长漂移管方案注-波互作用系统相比,二次谐波腔方案不仅可以获得较高的注-波互作用效率,并且其系统长度可比传统方案缩短35％,有利于器件小型化.文中给出了以单通道圆柱腔代替多通道同轴腔的注-波互作用系统二维等效快速计算方法,与一维及三维计算结果的对比表明,这种方法具有较高的计算精度.     

回旋速调管注波互作用理论的发展及评述

回旋速调管是一类具有重要应用前景的高功率、高效率和高增益相干毫米波源.本文简要介绍了回旋速调管的结构和工作原理,重点评述了回旋速调管注波互作用理论的发展状况和趋势,指出了发展中存在的一些问题,并提出了自己的建议,希望能对中国回旋速调管的发展起到一定的推动作用.     

L波段10 MW高效率单注速调管的互作用计算

许多大科学装置都将使用大量的L波段10 MW高功率速调管,提高该管的效率对节约能源,降低成本具有十分重要的意义。虽然目前L波段10 MW的多注速调管已研制成功,但多注速调管结构复杂,制造成本昂贵。本文通过使用当前世界上提高速调管效率的新方法及一种特殊的谐波腔组合方法,改进了L波段10 MW单注速调管的互作用效率,使其达到了同类多注速调管的效率水平。     

0.14 THz低电压扩展互作用速调管慢波谐振系统的研究

设计了一个在高效率、高频率、结构紧凑低磁场以及低电压工作等方面具有独特优势的0.14 THz扩展互作用速调管慢波谐振系统。针对该慢波谐振系统进行了色散曲线的仿真计算,在色散曲线与PIC仿真的基础上,对模式竞争进行了分析,选取了3π模为工作模式,并给予了论证。PIC仿真结果表明在较低工作电压18.2 k V,工作电流0.5 A的条件下,该谐振系统的注波互作用效率可达到22%,工作模式为3π模,输出峰值功率可达4.03 k W,工作频率为149.419 GHz。     

L波段10 MW高效率单注速调管的互作用计算北大核心CSCD

许多大科学装置都将使用大量的L波段10 MW高功率速调管,提高该管的效率对节约能源,降低成本具有十分重要的意义。虽然目前L波段10 MW的多注速调管已研制成功,但多注速调管结构复杂,制造成本昂贵。本文通过使用当前世界上提高速调管效率的新方法及一种特殊的谐波腔组合方法,改进了L波段10 MW单注速调管的互作用效率,使其达到了同类多注速调管的效率水平。     

速调管圆柱同轴谐振腔高阶TM310模式输出回路

设计了工作于高阶横磁TM310模式圆柱同轴谐振腔.模拟计算了六个漂移管间隙中心轴向谐振电场极大值位置处的特性阻抗.对于谐振腔加载空矩形波导和加载电感膜片滤波器矩形波导两种速调管输出回路,由微波电路理论和高频电磁场软件分别模拟计算了漂移管间隙中心的平均间隙阻抗和输出带宽.两种情形间隙阻抗的最大值分别为48.757 kΩ和14.328 kΩ;间隙阻抗的3dB带宽分别约为1.1MHz和2.8 MHz.研究表明,单间隙圆柱同轴输出腔高阶横磁TM310模式结构适用于高频、窄带和高功率多注速调管输出回路.     

加载部分均匀覆盖层的Fabry-Perot 谐振腔天线设计

本文采用了部分均匀覆盖层,设计了一款新型的高增益Fabry-Perot谐振腔天线.该天线覆盖层采用部分均匀结构,划分为3×3个区域,不同区域内贴片的尺寸不尽相同.每个区域内包含5×5个矩形贴片,单元尺寸一致.由于各区域的贴片尺寸不同,使得部分反射层不同区域内的反射系数和透射系数也不同,从而改善了天线口径面上的幅度和相位的均匀度.仿真结果表明,天线的阻抗带宽(|S_(11)|-10 dB)为3.77%(5.72～5.94 GHz).在工作频率5.8 GHz处,天线的主交叉极化相差30 dB以上,增益达到19.9 dBi.     

带状注速调管单端口输入腔的场形平衡方法

对X波段带状注速调管单端口输入腔中间隙纵向电场(电子注方向)的场形平衡问题进行了研究.通过在另一侧腔体外加载封闭波导,使其内部的电场场形可以在一定范围内进行调整.这种方法简化了驱动装置,并能避免双端口激励方法中输入信号相位不一致引起场形失衡的问题.使用CST软件进行模拟计算获得了较好的优化结果,随后为验证该方法的有效性,使用加工的冷测模型对单端口耦合的输入腔进行了测试,实验结果表明:加载平衡波导可以有效的改善场分布,此外,通过改变调谐钉深度和加载波导侧的耦合孔尺寸对场分布也有明显的调节作用.     

速调管双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的计算

采用等效电路理论,建立了双耦合口输出腔间隙阻抗频率特性的冷测模拟计算方法。运用该方法,并借助CST-MWS三维电磁场计算软件,计算分析了某S波段单间隙双耦合口输出腔的间隙阻抗频率特性。结果显示,本方法与采用场分析法及散射曲线法得到的结果符合良好。     

耦合腔速调管腔体组件焊接工艺技术改进

为了避免在双间隙耦合腔中的无氧铜腔体支架与漂移通道组件之间的焊接错位,在焊接前首先采用模具将无氧铜腔体支架和漂移通道组件之间的相对位置控制在设计要求范围内,采用激光预焊接方法将无氧铜腔体支架和漂移通道组件初步固定为一个整体,随后除去模具并设置焊料,最后再置入氢炉中进行焊接。这种方法高温状态不使用模具,免除了因为模具与无氧铜腔体支架和漂移通道组件的不同程度的热膨胀所造成的焊接错位,结合合理的焊接结构的设计及焊接工艺参数的优化,能够确保无氧铜腔体支架和漂移通道组件的一次焊接成功,免除了因为补焊造成的焊料堆积,在焊接后无位错、无变形,尺寸公差满足设计要求,进而能够保证双间隙耦合腔的宽频带性能。     

加载分形EBG地的低剖面Fabry-Perot谐振腔天线设计

本文设计了一种新型的高增益低剖面Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线.该谐振腔天线通过在下层地平面加载电磁带隙结构(Electromagnetic Band-Gap,EBG)改变接地板反射相位,采用Minkowski分形结构来设计EBG单元,使得接地板反射相位分布更为均匀,从而降低了天线的剖面高度.覆盖层采用人工...