D波段7 W连续波折叠波导行波管的研制

介绍了一种D波段连续波行波管放大器。该行波管采用了高压缩比皮尔斯会聚电子枪、折叠波导慢波结构(FWSWS)、蓝宝石输能盒形窗、周期永磁聚焦系统、集中衰减器以及一级降压收集极,经过装配、焊接、排气、磁场调试等过程,得到了D波段连续波放大器样管,并进行了流通率的调试和信号放大的测试。实验测试结果为：电子电压15.4 kV,电子流通率97%时,连续波输出功率7.3 W,中心频率140.2 GHz,增益24.6 dB,3 dB带宽3 GHz。该放大器连续运行稳定,满足工程化要求。     

G波段双注折叠波导行波管的注-波互作用特性

研究了G波段双注折叠波导(FWG)TE20模的基本特性。首先计算了双注FWG TE20模的高频特性,采用等效电路法计算了色散特性;根据定义式计算了耦合阻抗,同时将二者的计算结果与HFSS仿真结果进行对比。结果显示,色散特性随频率升高差距增大,耦合阻抗随频率升高差距降低。利用电磁仿真技术(CST)粒子模拟软件对双注FWG TE20模的注-波互作用情况进行仿真,得到了慢波结构中电子轨迹以及输入输出信号频谱图,结果表明,在工作频率为205 GHz时,四段FWG的增益为34.74 dB。     

毫米波折叠波导行波管的研究

采用等效电路方法和电磁场仿真软件Ansoft HFSS分析了折叠波导行波管的结构参数对其高频特性的影响,并在此基础上确定了Ka波段折叠波导行波管的尺寸.利用三维非线性粒子模拟软件MAGIC3D建立了两段式折叠波导行波管的模型,模拟研究了切断区长度和位置对折叠波导行波管的饱和输出功率及第2段电路单位长度增益的影响.最后设计了一个工作于33～36GHz的两段式折叠波导行波管,其输出功率的波动小于1dB,最大连续波输出功率达670W,对应电子效率高达7.55％.     

0.14 THz折叠波导行波管的设计与实验

对折叠波导慢波结构进行了研究,对其色散特性和耦合阻抗进行分析,并设计了输能窗和电子光学系统,在此基础上进行了粒子模拟的束波互作用计算。通过设计,对0.14 THz 行波管进行了制管工艺的研究,包括慢波结构的加工和焊接等,完成了热测实验。在电压为16.3 kV,电子流通率为74%条件下,测试得到最大饱和输出功率3.1 W,输出频率140.08 GHz,增益27 dB,最大功率半带宽2.82 GHz。     

双注THz折叠波导行波管的设计与传输特性实验

行波管具有高增益、宽带宽、高输出功率等优点,但频率提升到THz后,输出功率急剧降低,为此采用多注与功率合成的方式提高输出功率。对D波段折叠波导行波管进行的理论与数值分析表明:单束的3 d B带宽为13 GHz(0.134 THz~0.147 THz),0.14 THz处最大增益为20.88 d B;多束合成增益为20.6 d B,3 d B带宽内合成效率不低于92%。通过微铣削的办法加工完成了2路折叠波导,并对其传输特性进行测量,对比分析了测试与设计结果。并行多注行波管能够以单束小电流、低聚焦磁场方式工作,可有效提高THz行波管的输出功率。     

耳型折叠波导慢波结构W波段行波管

毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点，广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性，提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比，工作频带内耦合阻抗提高30%以上，损耗降低10%。研制的耳型折叠波导W波段行波管，在工作电压21.9 kV，电流210 mA，占空比为5%时，10.8 GHz带宽内输出功率大于192 W，峰值功率达278 W，电子效率和增益分别达到6.3%和44.6 dB，行波管工作稳定。     

太赫兹翼片加载折叠波导行波管放大器的研究

翼片加载折叠波导电路是一种改进型的行波管互作用电路。与原始结构相比,它具有提高的耦合阻抗、扩展的横向尺寸以及更加灵活的设计能力,因此适合工作在太赫兹频段。首先采用理论模型设计了工作频率0.22THz的慢波结构;然后采用三维粒子模拟技术对翼片加载折叠波导行波管放大器的非线性性能进行了研究。结果显示,新型结构具有高的互作用效率和宽频带放大的能力。在中心工作频率220GHz处,2mW的驱动功率下可以得到4W的饱和输出功率,对应的电子效率和增益分别为2.47%和33dB（考虑了电路的导体损耗）;恒定功率下扫频模拟显示,放大器的瞬时3dB带宽可达13.6,频率范围覆盖205～235GHz。     

W波段平顶型正弦波导行波管的优化设计

通过仿真计算对平顶型正弦波导的慢波特性进行了分析研究,提出了一种可用于W波段大功率行波管的两段式平顶型正弦波导高频电磁系统,并完成了输入输出结构和集中衰减器的优化设计;利用粒子模拟方法获得了带状电子注与此结构中慢电磁波注—波互作用特性,计算结果表明该行波管在92~101 GHz的频率范围内可获得200 W以上的输出功率,增益大于30 d B.     

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]。     

Study of Propagating Characteristics for Folded Waveguide TWT in Millimeter Wave

Folded waveguide circuit (FWC) is an ideal slow wave structure for broadband power traveling wave tube (TWT) in millimeter wave. But owing to changes of propagating character by reflecting of waveguide bend and electron beam hole, stopband can be formed. On the basis of computation of the stopband, effects of the dimension of FWC on stopband width are analyzed. It is available for design in FWC TWT.     

折叠波导慢波电路的传输特性

研究了新型慢波结构折叠波导慢波电路的传输特性 ,利用等效电路法计算了折叠波导电路的色散特性、耦合阻抗和止带。分析和计算表明 ,该电路很适合用作短厘米波和毫米波大功率行波管的慢波结构。     

空间行波管

各种应用卫星迫切需求长寿命高可靠空间行波管，广泛的应用使空间行波管在近年里获得了长足的长进。采用先进的计算机模拟设计技术，使用长寿命阴极以及各种先进的微加工制造技术必使空间行波管更完善，得到更大的发展。     

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。     

Study of Novel Slow Wave Circuit for Miniaturized Millimeter Wave Helical Traveling Wave Tube

Two kinds of novel helical slow wave circuit, supported by Chemical Vapor Deposition (CVD) diamond, are presented. They are applying in miniaturized millimeter wave helical traveling wave tube. Cold test characteristic of these circuits are simulated by MAFIA code. Higher performances are achieved with smaller size, compared with conventional circuit supported by BeO rods. The nonlinear analysis is implemented by Beam and Wave Interaction (BWI) module, which is a part of TWTCAD Integrated Framework. Results have been found to be consistent with the expectation. It should be wider apply in microwave and millimeter wave vacuum electronic devices.     

Analysis of Performances for Broadband Millimeter Wave Folded Waveguide TWTs

On the basis of computation of dispersion and coupling impedance for folded waveguide circuit (FWC), main performances: interact coefficient, saturated gain and output power are analyzed. Computation shows that if FWC is used in MMW amplifier, high power and wide band can be easy reached.     

A Tapered Ridge-loaded Folded Waveguide Slow-wave Structure for Millimeter-wave Traveling-wave Tube

This paper presents a tapered ridge-loaded folded waveguide (FWG) slow-wave structure (SWS) for broadband and high power millimeter wave traveling wave tube (TWT). The radio-frequency characteristics including dispersion properties, interaction impedance, S-parameters are analyzed. And based upon these results, the nonlinear large signal performance of the tapered ridge-loaded folded waveguide TWT working in W-band is simulated by 3-D particle-in-cell code. In the same ridge length, the tapered FWG has lower reflection and radio-frequency loss than the normal ridge-loaded FWG. Besides, the tapered ridge-loaded FWG TWT also has higher electron efficiency and larger bandwidth, which is more suitable for millimeter-wave TWT.     

Investigation of the Dielectric-Loaded Folded Waveguide Traveling-Wave Tube Amplifier

The cold-test characteristics of the dielectric-loaded folded waveguide traveling-wave tube (FWTWT) amplifier are investigated theoretically and the Pierce small-signal theory is employed to confirm the results. For the purpose of analysis, the discussions are separated into symmetric case and unsymmetrical case according to the loading form of the dielectrics. The calculation results indicate that both of them, especially the unsymmetrical form, can significantly reduce the phase velocity and flatten the dispersion curve. However, loading dielectric in an unsymmetrical form will lead to a large decrease in the on-axis interaction impedance, thus it is recommended to use the symmetrical form. It is further found that when the thickness of the dielectric is small, i.e. h ₁/a ≤ 0.1, the interaction impedance is slightly affected by the variations on dielectric constant. The Pierce linear theory for a Q-band dielectric-loaded FWTWT amplifier shows that the bandwidth is increased from 15.08% to 27.03% and the operating voltage is decreased from 20.5 kv to 18.6 kv.     

0.22 THz折叠波导返波管设计

作为折叠波导家族的重要成员之一,折叠波导返波管无需种子微波源,具有可观的振荡功率输出,可在较宽频带内方便地进行电压调谐,在THz波段的紧凑型电真空器件中占有重要地位。介绍了中物院应用电子学研究所0.22 THz折叠波导的研究情况,并阐述整管设计的原理和理念。通过一维模型分析和三维宏粒子模拟校验,完成了调谐频宽10 GHz,带宽内输出功率为瓦级的折叠波导返波管的理论设计。     

Designing a Beam-Plasma Traveling Wave Tube

Journal of Communications Technology and Electronics - The method of equivalent systems is used to simulate resonator slow-wave structures of beam-plasma devices. A collisionless plasma is...