W 波段行波管的高效率方法

将相速再同步技术引入基于双排矩形梳状慢波结构的W波段行波管中,利用CST 计算了所需不同周期的慢波结 构的色散和偶合阻抗,在此基础上用MTSS 模拟计算了注波互作用。结果证实：对于由两段周期均匀的慢波结构构成的 W波段行波管,在90~98GHz 范围内输出功率为48.92W~56.44W,电子效率为6.04%~6.96%,增益大于49dB;而对于由 7 段周期跳变的慢波结构构成的W波段行波管,在90~98GHz 范围内输出功率为57.06W~98W,电子效率为6.98%~11.99%, 增益大于50dB;两者相比,电子效率提高1%~4%。     

动态速度渐变技术提升慢波结构注波互作用效率的仿真研究

行波管采用动态速度渐变（DVT）技术能获得很高的效率。本文分析了一种采用DVT技术的慢波结构,并将这一结构与常规设计的慢波结构进行仿真比较,最后对这一结构进行了实验验证,结果证明了这一技术的优越性和可行性。     

W波段阶梯型交错双栅慢波结构行波管的研究

为了提高传统交错双栅慢波结构行波管的性能,提出了一种阶梯型交错双栅慢波结构,并基于此新型慢波结构,提出了新型输入输出耦合结构.在此基础上,设计了一只工作在W波段的带状电子注阶梯型交错双栅慢波结构行波管.计算结果显示,阶梯型交错双栅慢波结构行波管的耦合阻抗更高,从而使行波管在更短的互作用电路长度里,实现更高的饱和增益和互作用效率.在90～100GHz频率范围内,阶梯型交错双栅慢波结构的耦合阻抗大于4Ω,高于传统交错双栅慢波结构;W波段带状电子注行波管高频结构的反射系数(S11)小于-15dB;并且行波管的饱和输入功率仅约为0.7W,可以实现最高输出功率约800W,相应的效率大于7.8%,增益大于30.6dB.     

多注集成阵列梳齿型行波管模拟与冷测研究

多电子注集成实现微波放大是毫米波行波管获得大功率微波的一种实用化途径,研究了一种多注集成阵列梳齿型慢波结构（MCW）。该慢波结构具有天然的电子注通道,同时耦合阻抗明显高于单注的梳齿型慢波结构（DCW）。为了验证该特性,使用Ka波段三注集成阵列梳齿型互作用回路进行了仿真和实验研究。互作用电路的材料选取高电导率无氧铜,通过CNC铣削的工艺进行加工。冷测实验发现仿真和测试的结果具有很好的一致性,且在32~39 GHz的带宽内,S₁₁小于-15 dB。在仿真软件CST PIC工作室中,50个周期的慢波结构与三个电子注（每个电子注的电压为12.9kV,电流为67mA）进行注波互作用模拟仿真。仿真表明,MCW在32~36 GHz的带宽内比DCW具有更高的输出功率,增益和电子效率。该器件的最大输出功率约为132.8 W,相应的电子效率为5.12％,增益为41.2 dB,大于DCW的1.2%和25 dB。MCW行波管的高功率和高效率特性,使其在基于点对多点传输的毫米波无线系统中具有潜在的应用价值。     

W波段多种槽加载折叠波导行波管的研究

该文提出了3种槽加载折叠波导行波管慢波结构:三角形、梯形和燕尾形槽加载折叠波导。分析比较了不同槽形状对慢波结构的色散特性和耦合阻抗的影响。利用粒子模拟的方法对W波段4种槽加载折叠波导行波管的非线性注-波互作用进行了研究;在相同的电子注参数和输入功率的条件下,对输出功率、电子效率和增益等参量进行了比较。在多种槽加载结构中,梯形槽加载折叠波导输出功率(255 W)和增益(37.1 dB)最大,电子效率最高(10.7%);燕尾形槽加载折叠波导达到饱和所需要的互作用电路最短(64.2 mm);三角形槽加载折叠波导的3 dB带宽最宽。     

S波段大功率螺旋线脉冲行波管慢波结构研究

S波段大功率脉冲行波管是雷达系统的核心器件,起到微波放大的作用。本文设计了一种螺旋线慢波结构,可以将频带拓展到700 MHz,通过采用螺旋线螺距和内径双渐变技术,不仅提高了电子互作用效率,而且抑制了返波振荡。利用MTSS软件优化仿真计算,电子互作用效率达到了32%以上,输出功率达17 kW,增益在33.5 dB以上。最终测试样管在10%工作比的情况下,脉冲输出功率达到15 kW以上,电子效率达到30%以上,实现1.5 kW平均输出功率,提高了现有S波段脉冲行波管的功率量级。     

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。     

340 GHz菱形曲折波导慢波结构

提出并研究了一种菱形曲折波导慢波结构。与传统的矩形曲折波导慢波结构相比,菱形曲折波导慢波结构在相同频带下拥有更大的尺寸,在相同尺寸下拥有更宽的带宽。同时提出了适用于这种慢波结构的输入-输出过渡结构和衰减器。在此基础上,设计了一种用于行波管的340 GHz菱形曲折波导慢波结构,并采用相速负跳变技术提高了其增益。模拟仿真结果表明,在加载电压为15.3 kV,电流为35 mA的圆形电子注的情况下,行波管在343 GHz的输出功率和增益分别达到8 W和33 dB,其3 -dB带宽范围为330～348 GHz。     

一种高效率多注毫米波行波管的设计模拟

对某Ka波段7注耦合腔行波管慢波系统进行了模拟,分析了多注耦合腔行波管的单腔冷测特性、周期永磁聚焦（PPM）系统以及PPM聚焦系统下的注-波互作用,模拟结果表明：在中心频率34.5GHz处,其饱和输出功率达到829W,增益43.16dB,带宽约1.4GHz,电子效率高达30.37%。     

340 GHz菱形曲折波导慢波结构（英文）

提出并研究了一种菱形曲折波导慢波结构。与传统的矩形曲折波导慢波结构相比,菱形曲折波导慢波结构在相同频带下拥有更大的尺寸,在相同尺寸下拥有更宽的带宽。同时提出了适用于这种慢波结构的输入-输出过渡结构和衰减器。在此基础上,设计了一种用于行波管的340 GHz菱形曲折波导慢波结构,并采用相速负跳变技术提高了其增益。模拟仿真结果表明,在加载电压为15.3 kV,电流为35 mA的圆形电子注的情况下,行波管在343 GHz的输出功率和增益分别达到8 W和33 dB,其3-dB带宽范围为330～348 GHz。     

S、C、X波段螺旋线慢波结构的宽频带行波管研究

为满足现代信息化战争对宽带行波管的需求,对S、C、X波段螺旋线行波管慢波结构的性能进行了研究分析.为适应宽频带要求,选用了带有T形加载翼片以及品形氮化硼夹持杆的螺旋线慢波结构;通过采用动态速度渐变技术,得到了较高的电子效率,并根据仿真计算结果成功研制出了S、C、X波段螺旋线行波管样管.     

毫米波行波管金刚石夹持高频结构的设计和优化

利用TWTCAD软件和美国一维螺旋线行波管大信号计算程序对金刚石夹持高频结构和氧化铍高频结构进行了模拟计算,模拟结果表明采用金刚石作为夹持材料可以大大提高高频结构的耦合阻抗和电子效率,同时在采用非均匀输出线路设计时,金刚石结构对电子效率的提高更为明显。     

一种能适应低电压大功率应用需求的毫米波耦合腔慢波结构

本文在分析传统耦合腔慢波结构的基础上,提出了一种具有低电压大功率特点的耦合腔慢波结构。该慢结构可以充分利用传统耦合腔慢波结构的成熟工艺,是一种非常有发展前途的毫米波慢波结构。     

Improvement of traveling-wave tube efficiency through period tapering

The results of an experimental program with period tapering of the slow-wave structure of a traveling-wave tube which yielded a significant improvement in the efficiency of high-power TWTs are discussed. A method is outlined whereby these results may be applied to other tubes to improve efficiency. The study utilized a novel traveling-wave tube with a helical interaction structure independent of, and outside of, the vacuum envelope. This allowed the use of many different slow-wave structures with the same vacuum envelope; it resulted in fewer variables and greatly increased the number of experiments that could be performed.     

Slow-Wave Characteristics of a Frame–Rod Structure Based on Micro-Fabricated Technology for THz Vacuum Electron Devices

A simple equivalent circuit analysis of the frame–rod slow-wave structure (SWS) on dielectric substrates of a traveling-wave tube (TWT) is developed, using the quasi-TEM approximation approach for the dispersion and coupling impedance characteristics of the structure. Moreover, the obtained complex dispersion equation and coupling impedance are numerically calculated. The calculation results by our theory method agree well with the results obtained by the 3D EM simulation software HFSS. It is shown that the dispersion of the frame–rod circuit is decreased; the phase velocity is reduced and the bandwidth becomes greater, while the coupling impedance decreases after filling the dielectric materials in the frame–rod SWS. In addition, a comparison of slow-wave characteristics of this structure with a rectangular helix counterpart is made. As a planar slow-wave structure, this structure has potential applications in compact TWTs based on the micro-fabrication technology, which could be scaled to millimeter wave, even to THz frequency.     

低电压高效率W波段脉冲行波管设计

行波管具有大功率、高增益等优点,是雷达、电子对抗系统等武器装备的核心电子器件。采用一种新型慢波结构——非半圆弯曲变形折叠波导,设计出低电压、高效率、宽带W波段脉冲行波管,工作电压16 kV,电流125 mA,6 GHz带宽内输出功率大于125 W,增益大于34 dB,电子效率与总效率分别大于6.3%,25.7%。     

用于行波管螺旋慢波组件的挤压新方法

在螺旋慢波结构行波管制作中，螺旋慢波组件冷挤压是其中工序之一。本文提出了一种用于行波管螺旋慢波组件的挤压新方法并自制了相应的冷挤压设备样机。该设备可以用于以弹压法制作行波管的螺旋慢波结构，能够满足行波管的工艺要求，所制作慢波组件在一致性上有所提高。     

微加工工艺误差对THz折叠波导行波管性能影响

在太赫兹频段,折叠波导慢波结构主要采用微细加工技术完成。讨论了目前折叠波导慢波结构主要的微加工工艺,分析了主要工艺误差包括波导深度、侧壁垂直度对0.41 THz折叠波导慢波结构高频特性的影响。通过分析比较,a值对折叠波导行波管性能影响很大,需要在工艺中精确控制。在侧壁垂直度为89°范围以内,侧壁垂直度的变化对折叠波导行波管性能影响不大。通过仿真分析,确定了工艺中必须控制加工精确度的工艺步骤,这对0.41 THz折叠波导行波管的研制有非常重要的意义。     

毫米波及太赫兹行波管的功率提高方法评述

短毫米波及太赫兹行波管具有宽频宽、大功率、高效率等优点,在高分辨成像、高速通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。分析和评述了国内外研究单位的研制水平,以及作者近年来研发的行波管,频率覆盖E波段、W波段、G波段和Y波段等多个频段。为进一步提升毫米波及太赫兹行波管输出功率,在新型折叠波导慢波结构、相速再同步技术、周期聚焦磁场(PCM)聚焦带状电子注、多注集成等方向开展了分析与实验研究,为器件的性能提升和应用推进提供技术支持。