提高宽带毫米波行波管效率研究

针对影响宽带毫米波行波管效率的主要因素,对提高行波管效率的相关实用化技术进行了研究。通过螺旋线线路渐变技术、降低高频损耗、多级降压收集极三个方面的研究,使现有某一宽带毫米波行波管总效率由原来的10%提高到20%以上。     

过渡段螺距渐变对相速跳变的螺旋线行波管电子效率的改善

通过注波互作用机理的定性讨论得到了过渡段螺距合理渐变能改善螺旋线行波管效率的初步结论,而由过渡段螺距改变前后的螺旋线行波管色散方程和工作方程的理论分析得出的数值计算结果与初步结论相一致,并得出了过渡段螺距恰当的渐变方式对改善相速跳变螺旋线行波管的边频效率起很大作用的重要结论。得出的结论对螺旋线慢波系统设计工作的进一步开展指明了一个方向。     

50GHz高效率螺旋线通信行波管研究

针对50 GHz通信行波管高通量卫星上行链路的应用背景,通过仿真计算和样管试制对Q/V波段螺旋线行波管总效率和线性工作效率的提升开展技术研究。在确定行波管电参尺寸、电子注互作用后,采用三级降压收集极,在收集极电子入口处设计“偏心”带“挡板”结构,实现电子注能量回收并抑制返流,研制出总效率优于40%、饱和输出回退6 dB效率优于20%的50 GHz螺旋线行波管。     

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。     

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。     

大功率行波管块状支撑螺旋线的研究

本文叙述了继续提高大功率宽带行波管工艺水平工作的一部分。螺旋线行波管超过其它类型管子的独特优点是频带更宽。然而,一般螺旋线行波管的有些管子特性却受到限制,例如:效率、输出功率,维持功率容量等。     

遗传算法在螺旋线行波管优化中的应用

遗传算法是一种可以对包含多个连续变量的目标函数进行全局优化的算法。本文在一维频域理论互作用程序的基础上,采用遗传算法对螺旋线行波管的慢波结构进行了全局优化设计,提高了行波管的互作用效率。在单频点优化过程中,螺旋线分成三段的情况下,利用遗传算法优化了输出功率最大的最佳螺旋线长度,然后利用遗传算法对多段螺旋线问题进行了优化。为了满足带宽的要求,本文又利用高低端优化的方法对螺旋线行波管进行了带宽优化,得出了一组高效的满足带宽条件的螺旋线行波管慢波结构的制管参数。     

基于MAFIA软件的螺旋线慢波结构冷特性仿真

利用MAFIA软件所提供的准周期边界条件,对两种不同夹持结构的螺旋线行波管一个周期结构的色散和耦合阻抗特性进行了仿真,并与国内开发的螺旋线行波管计算软件包的计算结果进行了比较,为今后进一步优化螺旋线行波管的慢波结构打下基础.     

Ka波段宽带螺旋线行波管研制

主要针对Ka波段宽带高功率螺旋线行波管慢波结构进行了优化设计,旨在提高行波管输出功率和效率,并对返波振荡特性进行了仿真分析。行波管测试结果表明,在工作频段26.5～40 GHz,连续波输出功率大于200 W,总效率超过41%,增益大于31.5 dB。该管可作为Ka波段大功率毫米波功率放大器,应用于各类军事和民用电子系统中。     

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%     

基于可回收能力的空间行波管高效率研究

效率是行波管设计的重要指标之一。对于空间行波管,效率的提高可以立即转化为经济效益。本文通过对注波互作用电路参数的优化设计,得到便于收集的“作用完了”的电子注。通常具有高电子效率的电子注,能量分散较大,不利于收集。通过设定电子效率大于25%这个限制条件,来保证了具有高可回收能力的电子注,同时具有较高的输出功率。在遗传算法中调用3 维MTSS,用来计算注波互作用后的输出能量和电子能谱图。并对一支Ku 波段的螺旋线行波管进行优化设计,从数值计算结果来看,可回收效率提高到了89%,且具有26.9%的电子效率。     

Ka波段连续波500W螺旋线行波管研究

Ka波段螺旋线大功率行波管在大容量的通信系统中具有重要作用,本文介绍了目前大功率连续波螺旋线行波管的现状,对相关技术进行了分析。通过对高频结构的互作用分析、热分析、多级降压收集极等分析,设计了一个Ka波段连续波500 W行波管的螺旋线互作用结构,计算机模拟结果表明可以满足设计要求。     

纵向金属条加载螺旋线的滤波性质和理论分析

本文首次指出了纵向金属条加载螺旋线的滤波性质这一新问题。这种慢波结构的滤波性质有别于过去国外所提出的滤波螺旋线。它不仅能够构成窄通带的行波管,而且也可以构成超宽通带行波管。其次,用它作为行波管的慢波线时,它的横向阻抗可以压低,易于与外接耦合头直接匹配,而它的耦合阻抗仍可保留较高的数值,使行波管在超宽通带范围内仍可获得较大的增益分贝数。滤波性慢波线行波管的另一优点,是它的抑止返波振荡的性质。纵向金属条加载螺旋线同样具有此一性质。 本文对纵向金属条加载螺旋线的滤波性质作了理论分析,对它的色散特性作了冷测试验,两者有良好的相符。 纵向金属条加载螺旋线的计算,在美国系用Paik的方法,而在苏联有方法。这二个方法仅解决了色散的计算,而完全没有涉及滤波的性质,因而也没有提出诸如通带、禁带、抑止返波振荡、金属条数目、金属条宽窄和激励头地位等等的性质和问题。本文的理论分析对这许多问题均作出了回答,理论分析符合冷测结果,因而它可供设计计算之用。     

行波管电镀铜螺旋线高温处理后变色问题的实验分析

对行波管螺旋线电镀铜工艺进行了描述和分析,从实验上阐明了烧氢后螺旋线表面颜色变化的原因。实验分析表明,Ni-Cu合金化反应是导致颜色变化的主要原因,而合金化的结果使表面电导率、热导率大大降低,因此,电镀铜工艺不适合于行波管螺旋线的表面处理。在此基础上,对螺旋线镀铜工艺的其他技术方案进行了评述。     

20GHZ70W,48%效率的空间通讯行波管

用于20GHz卫星通讯系统的总效率为48%、饱和输出功率大于70W的空间螺旋线行波管已研制出来。本设计着重探讨高可靠、高功率和效率。采用了先进的结构设计——五级降压收集极,M型储备式阴极和动态速度渐变(DVT)螺旋线。     

利用速度再同步提高行波管效率

本文陈述在大信号电平下调制电子注与行波管线路波再同步的方法。应用这类方法,特别当应用慢波线路的速度渐变和电压跳变技术时,有可能使各类行波管的效率达到50％到60％,这些方法的设计是比较严格的,要求大信号计算机分析。已在X和C波段5～10千瓦功率的线包聚焦耦合腔管子以及S波段30瓦功率电平、适用于空间通讯的螺旋线行波管中应用。     

行波管螺旋线加热去气工艺研究

提出行波管螺旋线加热除气的方法,即给慢波组件螺旋线加上直流电压产生焦耳热而达到给螺旋线除气目的。利用电阻随温度变化关系来确定螺旋线温度。实验表明经过20 h 550℃的高温排气后,行波管内的真空度可达到3×10-7Pa,这时把螺旋线加热到1100℃时,行波管的真空度下降到7.6×10-6Pa。经过5 h的加热后,管内真空可进入到1×10-7Pa。     

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.     

螺旋线行波管三维CAD技术进展

介绍了螺旋线行波管三维CAD技术的国际国内研究现状；对目前主流的部分螺旋线行波管三维CAD软件(MICHELLE、COCA、CTLSS、CHRISTINE等)进行了简单介绍。展望了螺旋线行波管CAD技术的发展前景，对我国如何自主开发螺旋线行波管三维CAD软件提出了一些建议。     

一种行波管高效率输能匹配结构的场分析

行波管的输能结构性能直接影响整管的效率与工作带宽,对输能结构的阻抗进行调匹配是十分必要的,一种实用的方法是在螺旋线末端加一个匹配筒来调匹配,但这种方法在理论层面还缺乏深入的研究。本文设计了一个带匹配筒的螺旋线行波管同轴型输能结构,用HFSS软件计算了引入匹配筒前后输能结构中的电磁场分布,从场的角度分析了匹配筒在输能结构中的作用机理,并给出了调匹配时应注意的条件。进一步,在优化匹配筒结构的基础上拉松末端两圈螺旋线,在12~18GHz的频段内实现电压驻波比低于1.23,对于行波管输能结构的设计有一定的参考意义。