一种宽带速调管中高次模式振荡的抑制

该文描述了在一种S波段宽带速调管研制过程中出现的高次模式振荡现象,分析了抑制这种振荡的可能方式,提出了一种抑制这种振荡的方法。该方法通过改变谐振腔结构,在基本不影响基模频率的前提下,使高次模式频率产生较大的改变,从而使该高次模式的振荡得到抑制。利用Ansoft HFSS模拟设计软件,对谐振腔进行了改进设计并完成了相应的实验验证。利用改进设计的谐振腔,进行了速调管整管试验,有效地抑制了速调管中高次模式的振荡。     

长脉冲相对论速调管放大器杂频振荡的分析与抑制

分析了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)输出微波杂频振荡和功率波形包络振荡的主要根源,采用粒子模拟程序对RKA电子束尺寸和阻抗、群聚距离、输出腔有载Q值、引导磁场、注入微波等参数的调节,有效抑制了杂频振荡. 根据分析结果开展了相应的实验研究,得到了较好的实验结果,输出微波由300MW提高到540MW,脉宽由50ns提高到120ns,辐射微波重复频率20Hz,束波转换效率30％,杂频振荡得到了有效抑制.     

S波段10MW小型化高峰值功率多注速调管的研究与应用

采用高流通率电子光学技术、高效率高频系统设计技术等关键技术实现了S波段10 MW量级多注速调管的设计和研制。由于该速调管主要通过永磁聚焦的多注方案设计实现了高峰值功率速调管的小型化设计,增加了速调管的实用性和灵活性。设计结果可以指导其它同类型的S波段峰值功率多注速调管的设计。     

应用BAC法提高S波段5.5MW单注速调管效率

近年来,一种提高速调管效率的新方法——BAC法越来越受欢迎。北京真空电子技术研究所尝试采用BAC法来提高S波段5.5 MW单注速调管的效率,在维持管长不变的条件下,将原先45%效率提高到54%。下一步计划将BAC法应用到宽带多注速调管上。     

C波段大功率多注速调管高频特性研究

在速调管的制管过程中,加大谐振腔尺寸及调整漂移管间距两种手段都能将原高端谐振腔工作频率调整到低端工作频率,但不同的调整方法对腔体特性阻抗的影响不同.本文通过对C波段大功率多组多注速调管的研制,分析对比了这两种方法对腔体特性阻抗及输出特性的影响.同时,对一定的工艺手段抑制测试振荡的方法进行了探讨.     

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%。     

反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管的设计与研制

设计并制备了一支可作为医疗加速器系统中功率源的反转永磁聚焦S波段高功率多注速调管。介绍了速调管的整体设计细节及仿真过程,对电子光学及磁聚焦系统、高功率输能系统、高频互作用系统等主要部分的设计进行了论述,同时给出了样管的测试数据,在S波段加速器工作频率上获得了大于3 MW的峰值输出功率。     

Ku波段1 MW小型化高峰值功率多注速调管

介绍了一种Ku波段1 MW小型化高峰值功率多注速调管的研制。通过对高性能电子光学系统、TM₄₁₀模式高频系统设计以及高峰值功率输出窗在内的多个关键技术作了详细分析和介绍,总结了速调管的设计方法,最终实现良好的电子注动态流通率、50 MHz以上的输出带宽及1 MW以上的功率输出。设计过程和结果可指导其它同类型Ku波段高峰值功率多注速调管的设计。     

S波段100MW速调管的研制

中国科学院电子学研究所研制的S波段100 MW速调管是国内目前峰值功率最高的速调管,其最大的技术特点是,它有两个输出波导和两个输出窗。在工作电压414.7 kV、工作电流583 A、脉冲宽度2μs和重复频率25 Hz的条件下,该管的峰值功率达到了110.85 MW,效率和增益分别达到了45.8%和58 dB。该管的工作稳定性好,束流通过率高(直流和高频通过率分别为99%和97%),工作中未出现明显的打火和振荡现象。本文详细地介绍了该管的设计考虑和测试结果。     

速调管矩形波导加载输出腔的粒子模拟

利用三维PIC 软件,首次建立与速调管输出腔外接矩形波导耦合装置几何尺寸完全一致的计算模型,对S 波段矩形波导输出腔加载做了设计和优化,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1.43 MW的输出功率,3 dB 带宽达到了6%,经过实验证明,理论仿真计算与实测结果是吻合的。     

双间隙输出腔中形成单腔管振荡的可能性分析

 本文采用解析方法推导了2π模双间隙输出腔中电子注的小信号导纳公式,并根据双间隙输出腔形成单腔管振荡的条件,得到了单腔管振荡的起振电流计算公式.利用三维仿真方法定量计算了加载矩形波导的2π模双间隙输出腔的线路导纳,并以此确定2π模双间隙输出腔形成"单腔管振荡"的起振电流和振荡频率.计算结果表明:在电子注加速电压一定的情况下,电子注电流增大到一定程度,双间隙输出腔将会形成危害性较大的单腔管振荡;而且双间隙输出腔的单腔管振荡频率与电子注加速电压和电子注电流存在复杂的关系.与此同时,我们采用MAGIC粒子模拟程序进一步验证了双间隙输出腔中产生单腔管振荡的可能性问题,并得出其起振电流值,这一粒子模拟结果与解析计算结论基本相吻合.这些关于双间隙输出腔中有害的单腔管振荡形成过程和规律的研究结论,对于改善速调管双间隙腔输出电路的稳定性将具有重要意义.     

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。     

S波段多注宽带速调管的研制

本文介绍了S波段200kW多注宽带速调管的研究工作。给出了多注速调管及其电子光学和聚焦系统、宽带输出电路的设计和计算结果。并给出了我国第一批实验型多注宽带速调管的性能:工作电压19kV时,控制极负偏压为7kV,脉冲电流32.25A,导流系数12.3P,电子注直流通过率91.8％。最大输出功率252kW,平均功率3.5kW,效率41％,增益49dB,带宽9.1％,带内功率波动1.7dB。     

An Axial Monotron with Rippled Wall Resonator

With application to centimeter-wave monotron oscillators, the present work proposes a rippled wall cylindrical cavity that provides efficient coupling to a coaxial output circuit. Driven by a centered, solid 50 A, 34 keV electron beam, the corrugated cavity thus designed operates at 10.5 GHz in the 2π-mode with two radial variations. The monotron operation is examined through 2.5D particle-in-cell simulation giving 260 kW average power output. This corresponds to 15.3 percent overall efficiency at the theoretical limit of 20.0% percent electronic effciency as predicted by one-dimensional analysis.     

四腔强流相对论速调管中高次模振荡的抑制

描述了在四腔强流相对论速调管模拟设计过程中出现的由于腔间耦合产生的高次模振荡现象。分析了这种振荡产生的原因．并从整管结果上探索了抑制这种高次模振荡的方法。利用MAGIC模拟软件,通过研究谐振腔Q值、漂移管长度、以及束波互作用程度等参数的变化对腔间耦合的影响,在极小程度降低输出微波功率的情况,有效抑制了腔间耦合。最终在功率10kW、频率2．88GHz的注入微波激励下,获得了功率3．7GW、效率22％、增益56dB且频谱纯的输出微波,有效抑制了高次模振荡。     

Very long pulse high power klystrons for FEL and their generating conditions

High power RF sources for major scientific machines (accelerators, plasma heating) are often either short pulse devices with very high peak power levels (e.g. 30-40 MW peak, 5μs pulses in S-band) or CW devices (e.g. 500 kW in S-band). Free electron lasers, on the other hand, require klystrons operating in a long-pulse mode (100 μs and 10 ms). In this case, the technology used in the two other cases (short pulse, CW) is not necessarily appropriate. When the peak power levels are very high in nearly-CW operation, new problems are encountered, for example thermal cycling and HV breakdown modes. The most critical parts are the output cavity, output window and the electron gun. We will discuss a family of 1·3 GHz klystrons as an example: 35-40 MW/10μs; 10-15 MW/200 μs and a few MW/1-10ms     

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。     

A coupled-monotron analysis of band-edge oscillations in high-power traveling-wave tubes

A theoretical analysis of the interaction of an electron beam with a coupled-cavity structure near a band-edge frequency is presented. The analysis utilizes the resonant modes of the individual cavities in a way such that the details of the electronic interaction within each distinct cavity are identical to those of the monotron theory, but the coupling between adjacent cavities is taken into account via the circuit equations. There arenequations obtained forncavities, and an algebraic rather than a characteristic wave type of approach is chosen for their solution. The theory is applied to finding the starting conditions for band-edge oscillations in an untapered structure. The results are verified experimentally. The theory also indicates that it is probably valid to use the simple monotron theory to find the minimum start-oscillation length or current.     

Large-signal behavior of distributed klystrons

A theoretical large- and small-signal analysis of the behavior of standing-wave-type distributed circuit klystrons, based on a confined flow model, is described. A two-cavity klystron with a π-mode double-gap distributed output circuit and a conventional single-gap input cavity was selected as a specific example for study. The field distribution for the experimental cavities was measured and a conversion efficiency of 52 percent was predicted. The effects of the output cavity position relative to the input cavity, the output cavity gap angle, and the space charge were analyzed theoretically. The theoretical results were compared with measurements made on a precision demountable klystron with identical beam and circuit parameters, but with a Brillouin-focused beam rather than a confined-flow beam. A load efficiency of 35 percent, a conversion efficiency of 42 percent, and small-signal gains up to 15 dB were measured. The corresponding figures for the conventional single-gap output circuit were 24 percent, 28.6 percent, and 9 dB. The measured effects of changes in the tube parameters were in general agreement with the theoretical predicted results. The study indicates that the π-mode double-gap cavity is a very practical output structure yielding high efficiency with a very short interaction length. It should prove useful in medium- and high-power klystrons.