P波段小型化6MW高效率多注速调管的研制

介绍了一种P波段小型化6MW高效率多注速调管的研制方案,目前该管在P波段已经实现脉冲输出功率6.1 MW,效率68%。通过周期反转永磁聚焦、BAC法结合CSM法优化群聚提高互作用效率、大功率同轴输出窗等关键技术的应用,解决了高效率、高峰值功率容量和高可靠性等难题。     

特种文献索引

一、NASA报告 1.速调管 N 71-10020 磁聚焦空间应用的速调管静电多级降压收集极文中介绍了一种十级静电降压收集极。该收集极在变化激励的条件在750兆赫速调管上进行了试验。测试结果表明,工作性能与设计原理十分相符。在全饱和高频输出功率(1千瓦)下,这种收集极可将速调管未降压前的54.3％效率提高到70.9%。在输出隙缝和收集极之间使用一个小的聚焦线圈而获得了这种性能。 N71-36606 反射速调管实验研究     

现代速调管的改进

近几年来,速调管技术已发展到使其效率提高到磁控管或其它交叉场器件一般所期望的水平。腔和漂移部分参数的精确选择以及采用二次谐波阻抗和电子注空间电荷力,已使固定频率的速调管的效率高达65%～70%。例如,VKS-7783,这是一只工业加热应用的速调管,效率已达到70%。它是一只固定调谐的管子。X-3074是-只100千瓦固定频率速调管,也已获得70%的效率。但是,为了获得可观的调谐范围,必须使设计参数做出一些牺牲并且使效率略低一点。     

S波段小型化高峰值功率多注速调管提高效率的研究

针对一个已有的S波段小型化6 MW多注速调管进行效率提升研究。通过优化输出腔和输出波导系统的设计,提高电子光学系统与高频结构的互作用效率和速调管的效率,进而减少速调管的供电功率。经过优化后的速调管在保持原有的小型化设计下,效率提升了10%。     

静电聚焦还是电磁聚焦

静电聚焦速调管,由于省去了磁场线圈和磁场电源,因而就重量而论明显地优于磁聚焦速调管。这只是问题的一方面。此外,静电聚焦速调管的电子交换效率低于磁聚焦速调管的电子交换效率约2.5～5%,但由于磁场线圈消耗电功率,所以在小工作比时静电聚焦速调管具有较高的总效率。可是,在连续波或大工作比的高脉冲电平时,磁场线圈消耗的功率与总消耗的功率比较就小得可以忽略不计,于是磁聚焦速调管就转变到比静电聚焦速调管有较高的总效率。那么求出出现这种转变时的功率电     

一种具有双输出端口的200-kW Ka波段速调管的集成互作用电路设计

文章提出了一种基于集成互作用单元的高效谐振电路，以改善注波互作用，将Ka波段速调管的峰值功率提高到200 kW。被集成的单元电路设计是基于矩形间隙波导中级联的场结构，通过特定边界条件的融合，将两个或多个单注-波互作用单元横向连接在一起（每个单元通常用于传统的单注速调管）。针对输入腔，通过优化注加载参数和腔体参数将两个互作用单元有效地整合在一起，以获得~35 GHz恒定输入功率下的最佳吸收效率。输出腔1）设计有两个输出端口，以平衡功率提取对集成互作用电路的影响；2）通过优化两个预调制的电子束得到200-kW的峰值功率。在注电压为45 kV、单个注电流为5.6 A的条件下，通过粒子模拟（PIC），所设计的Ka波段速调管的整体互作用电路能够产生202.9-kW的峰值功率，效率为40.2%，增益最大达到47 dB。     

S波段10%带宽高平均功率多注速调管的研制进展

本文报道了中国科学院电子学研究所在S波段宽频带高功率多注速调管方面的研究进展。该多注速调管峰值功率500 kW,平均功率30 kW,瞬时相对带宽为10%,是电子所目前宽带多注速调管中平均功率最大的一种管型。最大的挑战为实现宽频带的同时在高平均功率工作状态下保障强流电子注的聚焦和传输,减少高频状态下的电子注截获。目前研制出了两只样管,采用基模工作模式,24个电子注,注电压为29 kV,注电流50 A。经过测试,在10%的相对带宽内,效率大于40%,输出增益大于37.5 dB,本文将介绍相关的仿真结果和热测结果。     

P波段高效率多注速调管的设计与计算

为了减少大科学装置的能耗和运行成本,高能粒子加速器对微波功率源的效率提出了更高的要求。本文介绍了新设计的P波段0.9 MW多注速调管的研究进展。为了在较短的互作用长度下获得更高的效率,该速调管采用新电子注群聚方法-CSM。此P波段速调管采用6个电子注,电子注电压为62 kV,电子注总电流为18 A,阴极负载小于0.5 A/cm²。该速调管高频互作用系统包括7个谐振腔,其中包括一个二次谐波腔和一个三次谐波腔。仿真计算表明其输出功率可达0.9 MW,效率为80.6%,增益为40.6 dB,互作用长度为133 cm。文章给出了该多注速调管的设计模型和仿真结果,为今后设计高效率多注速调管提供了参考和借鉴。     

W 波段带状注速调管注波互作用系统的研究

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。本文基于PIC 粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的三维设计平台,并应用该平台完成了W 波段带状注速调管注波互作用系统的初步设计,获得了清晰的物理图像和具有参考意义的模拟设计结果。模拟结果表明,在电子注电压为140 kV,电流为15 A 时,该速调管可以获得大于573 kW 的输出功率、27.8 dB 的增益和大于27.3%的效率。     

35GHz,TE021回旋速调管的电磁模拟

本文对一种新型的工作在二次谐波的三腔回旋速调管进行了理论分析和PIC模拟,该管子有两个十分突出的优点:由于其是工作在二次谐波上,这就大大降低了对轴向磁场的要求,可以避免笨重的螺线管或是超导磁场;其次由于其为三腔的结构,可以明显的提高管子的增益.PIC(Particle-In-Cell)模拟方法被采用来对该管子从磁控注入枪到微波电路进行了电磁模拟.在我们所采用的参数条件下,工作频率为35GHz,工作模式为TE021的三腔回旋速调管在0.675T的磁场下得到了22.5dB的增益以及23.71% 的效率.     

小型化加速器用X波段多注速调管的研制与测试

介绍了一种应用于加速器系统的X波段高功率多注速调管,该管脉冲输出功率达到2.2 MW,增益大于45 dB,效率大于55%。文章对该速调管的电子光学系统、高频系统、输能系统以及收集极等各项专题的设计及模拟仿真进行了详细介绍,设计过程和结果可以为其它同类型的高功率多注速调管提供技术基础。     

P波段紧凑型多注速调管互作用模拟设计

质子加速器广泛应用于高能物理和肿瘤治疗领域,对作为其核心部件的低频段速调管的效率和尺寸有着较高的要求。为满足国内高性能质子加速器的需求,本文设计了一款小型化的P波段多注速调管。与传统单注速调管相比,多注速调管电压低、效率高、体积小。通过在群聚段引入高次谐波腔,可以进一步减小多注速调管的互作用长度,在实现小型化的同时达到高效率。本文介绍了714 MHz、2 MW的脉冲波速调管的初步仿真与计算。利用一维仿真软件和三维仿真软件优化设计,得到了74%的效率,增益为50 dB,互作用长度控制在1250 mm以内。     

P波段长脉冲高效率速调管的研制

介绍了一款长脉冲、高效率的P波段速调管的研制情况,其运用CSM群聚方法通过二次谐波腔使一维设计效率达76%,三维计算效率为70%。详细叙述了电子枪、磁聚焦系统、注波互作用系统、输能装置、收集极的设计细节,着重强调了其在工程化实现方面的考虑。经过排气、总装等工序已经完成了样管研制。该P波段速调管的量产将有助于我国大科学装置的发展,实现功率源关键核心器件的自主可控。     

双腔速调管的三维结构设计与粒子模拟

利用三维PIC软件,建立与双腔速调管几何尺寸完全一致的计算模型,对矩形波导输入和矩形波导输出速调管做了设计和优化,在工作电压80 kV,束流45 A,工作中心频率为2.85 GHz条件下,得到了1.23 MW的输出功率,效率达到了35%,饱和增益达到了20.8 dB.     

C波段500 kW宽带速调管

在管子输出腔应用重叠模技术,开发了一种C波段宽带速调管,在输出峰值功率500 kW下,瞬时带宽大于4.7%,效率30%,增益43 dB。本文简要介绍了该管的设计研制思想、技术特点、计算模拟和测试结果。     

多注速调管的调制方式

介绍了多注速调管发射机的调制器种类，以及浮动板调制器和阴极调制器的工作原理，比较了两种调制方式的特点，介绍了一种用于多注速调管的阴极调制的2MW／20kV全固态阴极调制器。将多注速调管的调制方式由控制级调制改为阴极调制，并采用全固态阴极调制器，可以使发射机的体积、重量、效率、可靠性等关键指标得到较大的提高，特别是对于机载和车载雷达发射机更是如此。     

X波段带状注速调管的设计及实验研究

本文简要地报道了中国科学院电子学研究所对X波段带状注速调管所做的研究工作,其目的是对这种新方案进行原理性的验证。这项研究包括两个阶段,在第一个阶段中,成功建造并测试了使用闭合周期磁聚焦方案的带状注电子光学束管,在第二个阶段中,完成了高频互作用结构的设计并制造了完整的X波段带状注速调管。实验中,在125 kV附近观察到了器件的放大特性。在输入功率0.71 kW,工作频率11.69 GHz时,带状注速调管输出功率达到了2.8 MW,3 dB带宽30 MHz,增益35.96 dB,效率32.52%,束流通过率73.3%。在工作电压135 kV时,可以观察到大于93%的束流通过率,然而,此时管内出现振荡。这项研究表明带状注速调管有望在高功率的场合中获得应用,同时,寻求抑制振荡的方法仍然是未来研究中的艰巨任务。     

220 GHz回旋速调管放大器互作用理论的研究

应用注波互作用非自洽非线性模拟程序,对220GHz回旋速调管放大器的注波互作用进行了研究;分析了工作电流、工作电压、直流磁场对电子注效率影响。模拟结果表明,设计出的双腔回旋速调管放大器的电子效率为48%,相应的输出功率为20 kW。     

四腔速调管的三维结构设计与粒子模拟

：利用三维PIC软件,建立与四腔速调管几何尺寸完全一致的计算模型,对矩形波导加载输入腔、中间腔和矩形波导加载输出腔速调管做了设计和优化,在工作电压80kV,束流45A,工作中心频率为2.85GHz条件下,得到了1.53MW的输出功率,效率达到了40%,饱和增益达到了40.8dB。     

大功率速调管的技术现状和最新进展

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空电子器件,它具有高功率、高效率、高增益和高稳定性等优点,是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。速调管自20世纪30年代发明以来,在粒子加速器、雷达和通信等微波电子系统,以及真空电子技术进步的推动下,已发展成功多种类型大功率速调管,其频率覆盖整个微波,并扩展到毫米波和太赫兹波段,最大脉冲功率达200MW,最大平均(连续波)功率达MW级。近年来,在高能粒子加速器、宽带雷达系统、毫米波和太赫兹波电子系统的推动下,大功率速调管取得了令人瞩目的进步,本文比较系统地介绍了大功率速调管的技术现状和在提高功率、提高效率、提高工作频率、展宽带宽等方面取得的最新进展。