径向耦合多腔输出系统数值模拟分析

宽带速调管放大器是雷达、通讯系统核心部件,速调管输出系统的宽带特性对速调管带宽有至关重要的作用,该文论述了借助于三维电磁场计算程序《ISFEL 3D》对径向耦合多腔谐振输出系统的一对谐振腔(主腔和副腔)做了数值模拟分析,得到了不同于普遍使用的轴向耦合双间隙腔系统的场结构、模式类别和调谐带宽特性。据此结果设计了冷测实验模型,达到了离散(频率)工作点带宽7％的要求。     

TM310高次模圆柱形谐振腔耦合矩形波导输出回路研究

设计了适用于多注速调管,工作在TM310高次模圆柱形谐振腔耦合矩形波导输出回路,其工作中心频率为7 585.3 MHz,计算了腔体内各漂移管间隙阻抗的频率特性,并分析了输出回路的输出带宽.研究结果表明: 在相同频率条件下,采用圆柱形TM310工作模式的谐振腔体积将是采用圆柱形TM010工作模式谐振腔体积的7倍;TM310高次模圆柱形谐振腔耦合矩形波导后,各漂移管特性阻抗与耦合前相比有稍微变化,但耦合后各间隙特性阻抗非常接近;反射系数相位法及等效电路法计算输出腔外观品质因数分别为为154和160,输出中心频率7 585.263 MHz,比耦合前腔体谐振频率降低26.525 MHz,输出带宽约为3%,因此,该类型输出回路比较适合用作高射频段的窄带多注速调管.     

强耦合双间隙微波谐振腔的特性分析

该文设计了一类适合用于较低频波段宽带多注速调管的新型微波谐振腔强耦合双间隙腔,并采用了较精确的三维电磁场模拟计算程序ISFEL3D对其各种主要参数和特性做了详尽的计算和理论分析,结果表明,强耦合双间隙微波谐振腔工作于模时具有特性阻抗高而且体积小的突出优点,同时模频率与2模频率的间隔明显增大。另外,该文还利用两种常用的集总元件等效电路对计算数据和结论进行验证,并对两种常用的等效电路的精确度做了讨论。     

高次模多注速调管同轴输出腔性能改进的研究

该文针对工作在TM310模的多注速调管同轴输出腔中工作模式的场分布均匀性、外观品质因数及其与邻近模式的频率间隔等问题进行了研究,提出了一种带有短路杆和金属环的多注速调管同轴输出腔结构。分析发现,适当设置短路杆和金属环不仅可以使外观品质因数降低,还可以改善工作模式的场分布;而且设置金属环还可以增大TM310模和邻近模式的频率间隔以实现抑制杂模。利用仿真软件对X波段的同轴输出腔进行了模拟计算,计算结果与理论分析一致。在此基础上加工了冷测模型,测试结果表明TM310模与邻近模式的频率间隔均达到了1.2 GHz以上,外观品质因数从507.4降至193.5,工作模式的场分布也变得均匀。     

高次模多注速调管的矩形双间隙输出腔的研究

研究一种工作在TM1202高次模的速调管矩形双间隙输出腔模型。运用Mafia三维电磁场计算软件对模型进行计算机模拟,得出TM1202工作模式的频率、特性阻抗和场分布。加工了TM1202高次模多注速调管双间隙输出腔模型并进行冷测试验,测试结果与计算相符,并对计算和测试结果进行了分析。对该模型的研究为进一步研制工作在TM1202高次模多注速调管的高频输出系统提供了理论依据。     

多注速调管TM410 模同轴输出腔的研究

研究了多注速调管TM₄₁₀ 模同轴输出腔中出现的外观品质因数高,模式频率间隔小以及工作模式场分布的均匀性差等问题,提出了一种设置短路杆和金属环的输出腔结构,从而改善了TM₄₁₀ 模输出腔上述三个方面的性能。通过分析发现,适当设置短路杆和重入环不仅可以使外观品质因数降低,还可以改善工作模式的场分布;设置重入环还可以增大工作模式和邻近模式的频率间隔。利用CST-MWS 软件,对X 波段具有短路杆和金属环的多注速调管TM₄₁₀模同轴输出腔进行了模拟计算,其工作模式（TM₄₁₀模）的外观品质因数降低了42.7%（从540.4 降至309.6）,TM₄₁₀ 模与邻近模式的频率间隔均达到了1.3 GHz 以上,工作模式的场分布也变得均匀。     

34GHzTE01模基波回旋速调管高频系统设计与实验

利用场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的级联散射矩阵。通过数值计算,研究了具有突变结构谐振腔中各模式的反射相移随漂移段半径变化、工作模式的反射相移随腔体半径的变化、腔体中各模式的传播常数随腔体半径的变化、谐振腔的腔体长度和半径的关系,并完成了Ka波段TE01模回旋速调管的输入腔、群聚腔、输出腔的设计。同时给出了一支Ka波段TE01模四腔基波回旋速调管高频系统和整管的优化设计方案。PIC模拟表明：在中心频率34GHz,注电压70kV,注电流11A的情况下,获得了输出功率390kW,饱和增益42.9dB,电子效率50.6%,3dB输出带宽360MHz的结果。 通过样管的热测实验显示在34GHz,注电压70kV,注电流11A,获得了301kW的稳定输出脉冲峰值功率,41.8dB的增益,39.1%的效率,285MHz的3dB输出带宽。     

轴向输出相对论磁控管真空室过渡段设计

相对于径向输出相对论磁控管而言,轴向输出相对论磁控管具有结构紧凑、高阻抗、角向均匀性、工作模式稳定以及高功率输出等一系列优点。但由于外加磁体对轴向输出端半径的限制,导致真空室的轴向长度大于磁控管的轴向长度,为了实现工程应用,一段较短的轴向输出过渡段被设计。文中主要是通过仿真软件仿真找到较为有效的过渡段设计以实现在S 波段π 模工作模式下的轴向输出相对论磁控管的能量有效输出。整个器件的轴向输出段的总长度为378 mm,输出端圆柱波导的半径为73.8 mm。在三维粒子模拟下得到一种较为有效的过渡段结构,功率转换效率为28.7%,相应的输出功率为1.371GW,辐射模式为TE01 模。     

强流RKA 宽带研究

理论分析了影响相对论速调管（RKA）输出带宽的相关因素,同时采用粒子模拟程序分析了RKA 输出带宽随电 子束导流系数,电子束尺寸,中间腔及输出腔参数的关系。理论分析研究表明,输出频宽主要与输出腔入口处调制电流 以及输出腔Q 值有关。模拟中器件稳定工作的参数范围内,随着器件导流系数和输出腔谐振频率对输出带宽有一定影响; 中间腔谐振频率接近注入微波最佳工作频率时,频宽有最大值;电子束尺寸,中间腔以及输出腔渡越角对输出频宽影响 较小。     

卫星地球站高功率放大器末级管的调测

在地球站的日常维护工作中，高功率放大器的维护工作是必不可少的，我区卫星地球站采用的高功率放大器是美国MCL公司的产品，工作在C波段，速调管放大带宽为45MHz。输出功率为3.35KW。是可调的12讯道速调管高功率放大器。其末级管采用的是THOMSON公司的TH2450速调管。1 速调管的工作原理五腔速调管放大器的放大物理过程是在第一腔输入高频电压，使电子束产生速度调制，经过第一间隙漂移腔形成群聚，电子束有了一定的密度调制，在穿过第二间隙时，它对第二腔的感应电流使间隙建立起高频电压，在这一电压的作用下，又使电子受到第二次…     

速调管耦合双间隙腔输出回路的绝对稳定性判据

通过解析推导和适当的简化处理得到了速调管耦合双间隙腔输出回路的绝对稳定性判据,并对不同类型的耦合双间隙腔输出回路的稳定性进行比较和讨论.     

强耦合式带状注速调管多间隙输出腔的设计

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.     

矩形π-TM310 双间隙腔加载同轴滤波器型宽带输出电路研究

本文提出了矩形π-TM310 双间隙腔加载同轴滤波器型宽带输出电路,并对其可行性进行了论证,对高次模双间隙腔中非工作模式的干扰程度和同轴线输出电路的功率容限等重要问题做了定量分析。我们通过调整矩形双间隙腔的长宽比例并采用凹入结构,明显扩大了π-TM310模与相邻非工作模的频率间隔,有效抑制了非工作模式的干扰;又采用了非常规的电子注孔布局,使各个电子注孔的特性阻抗更均匀,而且在加载同轴滤波器之后仍然很均匀。研究结果表明,经过优化设计的矩形π-TM310 双间隙腔加载同轴滤波器型输出电路具有很宽的输出频带,在X波段相对带宽达到14%左右。但由于π模双间隙腔与同轴线的耦合口较小,而且该处还有短路销钉,导致其输出功率容限较低,约为几百kW。因此,该类输出电路比较适合于X波段或更高频段的中功率宽带多注速调管。     

S波段2.5MW宽频带大功率速调管的研制

本文讨论了大功率、高增益、宽频带大功率速调管的设计和制造,还采用小信号增益和大信号效率计算程序,对宽频带速调管的群聚段进行了设计。当小信号增益大于50dB时,7腔速调管的群聚频宽宽于10％,8腔速调管的群聚频宽可达1015％ 给出了两类宽频带输出电路,即滤波器型输出电路和重叠模双间隙腔输出电路的设计方法和测试结果,结果表明:前一种输出电路的频宽可达7.510％,后一种输出电路的频宽可达1015％。 研制了两种类型速调管,采用滤波器型输出段的速调管的性能达到:1dB等激励频宽为7.5％,效率为38％,饱和增益大于43dB,输出功率大于2.5MW。采用双间隙腔输出段的速调管的1dB等激励频宽迟10％,工作稳定。     

An impedance measurement method for double-gap klystron cavity

A new method has been developed for measuring the impedance of a two-gap cavity used in high-power klystrons. The principle is based on network analysis. The cavity under test is considered as a microwave network. The two gaps of the cavity and its output terminal are referred to as three ports. We then can use an impedance matrix to characterize this system, and the six independent impedance parameters can be found by measuring the input impedance seen from the output waveguide when the gaps are in different conditions; viz., either open, shorted, or perturbed. The gap impedance then can be deduced therefrom. It is shown that there are three impedances for a double-gap cavity instead of one for a single-gap cavity. Another problem dealt with here is how to evaluate the capacitance introduced by the perturbation. A few typical experimental results are presented.     

225 GHz回旋管同轴输出结构的数值模拟

在225 GHz回旋管同轴输出腔结构特性的基础上,采用三维电磁软件给出了输出腔后同轴输出结构的设计。数值模拟了内轴不同半径和截断长度对传输效率和带宽的影响,并由此设计出中心频率225 GHz、传输效率为96.2%、带宽接近4GHz的同轴输出结构。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

Threshold and modal characteristics of composite-resonator vertical-cavity lasers

We report the operation of a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) with two active, coupled optical cavities. In contrast to a conventional single-cavity VCSEL, the coupling between the two electrically independent active regions produces emission into two longitudinal modes. The light output versus current characteristics are presented under various biasing conditions in each cavity. Laser operation is achieved with current injection into only one cavity, and additional current injected into the other cavity changes the effective threshold current measured. The longitudinal and transverse modes are characterized, and it is found that the modal evolution of the laser can be modified by current injection into each cavity.     

Noise properties of semiconductor lasers due to optical feedback

It has been recognized for some time that reflections back into the cavity of an injection laser from a mechanically unstable external mirror cause noise in the output of the laser (reflection noise). In this paper, noise measurements are presented for index-guided lasers as functions of the output power, the degree of optical isolation and external cavity length (5-15 cm), while current modulation (using 2-4 mA at 50-200 MHz) has been used to reduce the noise levels by as much as 20 dB. It is demonstrated that the mechanism of noise reduction by modulation is the frequency modulation of the laser's spectrum and its interaction with the modes of the external cavity. It is shown that using an optical isolator can give a relative intensity noise of -110 dB while using modulation in addition can reduce this to -125 dB; the bandwidth performance of optical storage systems is discussed in terms of these two schemes.