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％。     

期刊文献索引及会议录

1.行波管用多级收集极提高行波管效率 Microwave J.(USA),Vol.18,№.8,pp.31～33,61,Aug.1975. 本文指出,通过回收行波管用过的电子注中的功率,可以提高其效率。作者叙述一种多级收集极技术,应使收集极效率达到85％,使总效率达到40％。设计用于14千兆赫新的卫星波段的行波管放大器 Microwaves(USA)Vol.14,№.6,pp.75～76 June.1975. 本文叙述1277 H 04R～028型行波管放大器,它用于满足14千兆赫新卫星波段的地面站需要。在20瓦输出功率下,其增益为53分贝。     

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。     

一种应用于Ku波段脉冲行波管的两级降压收集极的研究

本文介绍了一种应用于Ku波段脉冲行波管的两级降压收集极的研制结果,应用了该两级降压收集极的Ku波段脉冲行波管的总效率已经达到40%以上。     

两级降压收集极大功率行波管发射机高压供电系统的设计

介绍了一种两级降压收集极大功率行波管发射机高压供电系统。分析了行波管降压收集极技术及高压供电系统的特点,重点介绍了慢波线、收集极高压电源主要功能单元的设计思路。     

一种两级降压收集极行波管发射机高压电源的设计方法

为提高真空管发射机的工作效率,减小发射机的体积和质量,行波管发射机常采用多级降压收集极形式,可将行波管发射机的效率从18%(约)提高到45%(约)。详细介绍了一种高效、小型化两级收集极行波管发射机高压电源的设计原理和关键技术,并通过仿真验证了设计的可行性。     

回旋行波管收集极初始条件的研究

为了确定回旋行波管收集极入口的初始条件,利用CST2009模拟回旋行波管静态电子的运动轨迹,以3D模型,更直观、形象的显示出电子在回旋行波管中的运动轨迹。模拟计算表明,在电子注电压为70kV,电子注电流为10．4A,工作磁场为l.5T时,回旋行波管的电子注发射出的电子最终降落在收集极的530～700mm处。模拟结果为回旋行波管的设计和收集极的热分析提供了有效的依据。     

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]。     

地面站用大功率行波管

本文叙述一种专为新的试验性广泛卫星和通讯卫星地面站而设计的14千兆赫和30千兆赫行波管。该管耦合腔型的射频线路分割为三段,采用这种线路能最佳地满足它的频率范围的效率要求。每个行波管具有一级降压收集极,借助于电磁铁聚焦电子注,仅用一个鼓风机冷却。 14千兆赫行波管在40分贝增益间可给出大于2千瓦的连续波功率输出,30千兆赫行波管能提供大于400瓦的连续波功率输出,并具有36分贝增益。已测得在广播试验的电视信道范围内群延迟为1毫微秒,在30千兆赫行波管中,调帽/调相变换为50/分贝。     

K波段螺旋线型行波管研制

研制出频带覆盖K波段、输出功率分别为60 W、120 W两种行波管产品,同时在这两种产品的基础上进行部分设计改进,研制出K波段带宽1 GHz,饱和输出功率250 W通讯用的行波管。60 W/120 W行波管采用传导冷却方式,二者具有相同的外形结构及工作电压。该系列行波管采用两级降压收集极,其全频带效率达到30%附近。250 W通信用行波管在前两种管型的基础上采用小型化的结构,有效地减小行波管的体积与重量,同时采用三级降压收集极,其总效率达到40%以上。     

机载脉冲雷达所用的行波管

目前,汤姆逊公司研制出了一族机载雷达发射机用的大功率行波管。其瞬时带宽在X波段为3～5％。对于从多普勒雷达所用的几千瓦到脉冲压缩雷达所用的100千瓦左右的峰值功率来说,这些管子的平均功率约为几百瓦。多普勒雷达的重复频率可达几百千赫。一个栅极系统可以以相对低的控制电压(对于45KV的阴极电压来讲低于1KV)调制电子束,电子束由钐—钴磁铁聚焦,其矫顽磁力大于7000奥斯特。采用一级或数级电压低于慢波结构电压的降压收集后,行波管的电子效率可达30～40％。     

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。     

多级降压收集极行波管高压电源的设计

为了提高真空管雷达发射机的效率、缩小整机的体积和重量,常使用多级降压收集极行波管作为功率射频放大器.为了保证多级降压收集极行波管高增益、高效率和良好线性等性能发挥的更好,就要在行波管每个电极上加合适的电压,确保行波管内建立稳定的电场.因此,根据行波管各电极的特性合理地选择各收集极的电压以及合理的设计高压电源显得尤其重要.文中结合多级降压收集极行波管的工作特性介绍了4种高压电源的设计方法及其特点.     

焊接缺陷对行波管收集极温度分布的影响研究

行波管收集极焊接缺陷会影响其散热,严重时会导致行波管失效。利用有限元软件模拟计算了不同加载方式对行波管收集极温度分布的影响,研究表明两种加载方式下收集极内部温升差别较大。在静态加载的基础上,研究了焊接面积不足和焊接面积不均两种主要焊接缺陷对收集极温度分布的影响。分析结果表明,在用锡钎焊接收集极与底座时,除了要保证焊接接触区域在50%以上外,还要保证底座凹槽的侧边和底边与收集极都要接触良好。     

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。     

具有高效率及高脉冲重复频率性能的 X 波段行波管

已研制成功其频带中心效率为49%的栅控、周期永磁聚焦,X 波段耦合腔行波管——8741H。该管在300兆赫的带宽上提供的最小峰值输出功率为4千瓦,平均功率为1千瓦,并且在脉冲重复频率超过200千赫情况下工作可靠。高效率和高脉冲重复频率工作的要求就是此液冷、机载行波管设计参量选择的依据。本文进一步详细地讨论了这些特征。     

用于电子对抗的高效率、连续波、周期永磁聚焦行波管

本方案的目的是为了改进现有的连续波、1/J 波段行波管关于效率、重量,尺寸和可靠性方面的设计。采用周期永磁聚焦,四段螺旋线、传导冷却的螺线行波管实现了这些目的。非对称的双曲线场型四级降压收集极由三组与阴极电位不同的外加电压供电。在一个倍频程上得到下述测试结果:输出功率:200～240瓦管子的互作用效率:13～15%整管效率:37～39.5%收集极效率:79.5～84%     

一种空间行波管收集极入口能量分布测试方法及应用

收集极效率是空间行波管整管效率的重要组成部分，收集极入口能量分布对收集极的设计至关重要。在行波管设计中，直接通过互作用仿真计算获得的收集极入口能量分布往往与实际存在较大偏差。本文介绍了一种使用收集极电极加电势构造空间势垒测试收集极入口能量的方法，并通过此方法测试了某空间行波管收集极入口能量分布，通过调整激励功率等方法构造与测试入口能量分布接近的收集极入口电子注，并使用此入口电子注对收集极电子光学结构进行了优化，取得了较好效果。     

行波管多级降压收集极CAD软件研究与实现

该文讨论了行波管多级降压收集极CAD理论模型,在二维轴对称条件下,对网格自动划分技术、二次电子发射模型、空间电荷效应计算方法、外加磁场影响、收集极效率计算方法等进行了深入研究,并在现有模型基础上进行了修改,以获得更好的模拟效果。同时在此基础上,开发了行波管多级降压收集极CAD软件UESTC_MDC,并对该软件的使用进行了简单的介绍。最后根据国外研究发展动向,对我国行波管多级降压收集极CAD软件的发展提出了一些可参考的意见和建议。     

Ka波段30W空间行波管

介绍了未来星际通讯用Ka波段30W空间行波管的最新研究进展。行波管电子枪采用传统的皮尔斯型电子枪,高频结构采用螺旋线慢波结构和品型夹持结构,为了保证较高的收集极效率,采用四级降压收集极。测试结果表明在工作频带内行波管输出功率超过34.6W,总效率超过47.5%。当行波管工作于低频状态时,行波管总效率超过了50%,已达到目前国外同等功率量级Ka波段空间行波管研究水平。