Ka波段滤波器加载三间隙耦合腔输出回路的仿真和测试

扩展相互作用速调管由多个重入式多间隙耦合腔构成,毫米波段高功率微波源的需求推动了Ka波段扩展互作用速调管的研制.本文采用基于微波网络理论的多间隙耦合腔输出回路间隙阻抗冷测方法,对Ka波段滤波器加载三间隙耦合腔输出回路进行冷参数测试,得到该回路的间隙阻抗频率特性曲线与群时延曲线.并将冷测结果与三维电磁场软件仿真结果进行对比,分析了两者产生异同点的原因.从阻抗频率特性的测量结果可观察到该输出回路的相对“冷”带宽达到4.3％,满足设计要求.     

三间隙耦合输出回路间隙阻抗频率特性的测量

从多端口微波网络等效的角度,讨论多间隙耦合输出回路间隙阻抗频率特性的测试问题,并以X波段三间隙耦合输出回路为例,分别从模拟测量和实际测量两个方面确定了其间隙耦合阻抗的频率特性,简化了测量过程,为三间隙耦合输出电路工程应用提供了有效的实验手段.     

S波段宽带速调管输出回路的研究

给出了一种S波段宽带速调管,采用双间隙重叠模耦合腔展宽输出回路带宽,从等效电路出发计算其阻抗-频率曲线,并给出了测试结果。将设计的输出回路运用于整管研制中。热测结果表明,在250 MHz范围内,输出功率大于800 kW,满足整机设计要求。     

双间隙谐振腔耦合缝调谐结构的分析与模拟

根据双间隙耦合腔等效电路和电磁场理论,设计了加载在谐振腔耦合缝上的调谐结构。建立了加载此调谐结构的谐振腔等效电路模型,通过理论分析得此结构能够对工作在π模式的双间隙耦合腔进行频率调谐,改变重叠模式耦合腔阻抗特性,同时减小对间隙场形的影响。软件模拟与理论分析结果一致,验证了该调谐结构的有效性,为多间隙耦合腔高频电路的研制和进一步展宽速调管输出带宽具有重要的参考意义。     

X波段三间隙耦合腔型输出回路间隙阻抗的模拟计算

本文基于理论分析和数值模拟,对一个X波段重叠模工作的三间隙耦合输出回路进行了分析计算.讨论了总间隙阻抗与群时延之间的关系以及回路的群时延对总间隙阻抗的影响.通过合理优化群时延曲线,该X波段三间隙耦合输出腔在三模重叠的情况下获得了1dB输出带宽大于14.5%(约1.3GHz)的结果.     

三间隙三模重叠耦合腔输出结构特性分析

讨论了三间隙耦合腔输出结构中各模式的谐振频率特性,分析了耦合系数对模式重叠过程的影响。以X波段为例,模拟计算了输出结构的群时延特性,研究了输出结构工作的稳定性。结果表明,在带内波动约1.7 dB的条件下,采用三模重叠,可获得6.61%的瞬时带宽,具有良好的稳定性。     

多间隙耦合腔注波互作用计算分析

根据空间电荷波理论,利用微波等效传输线的概念,建立了多间隙耦合腔中注波互作用的小信号计算模型。同时,还基于电子圆盘模型,建立了相应的一维大信号计算模型。依据模型编写了计算机程序进行了计算模拟,结果显示,小信号模型能较好地反映整管的增益频率特性。一维大信号模型能合理地模拟注波互作用的基本物理过程。另外利用电路反馈的理论,分析了多间隙耦合腔的稳定性,并利用奈奎斯特稳定判据给出了耦合腔稳定条件。     

盘荷波导结构高频特性分析及其在高功率速调管中的应用

以周期边界法、谐振法以及微扰法分别对盘荷波导结构色散特性、耦合阻抗进行分析,研究了不同结构参数下盘荷波导结构高频特性的变化规律.设计了C波段π/2模速调管盘荷波导输出结构,对其注-波互作用开展了PIC粒子模拟.计算结果表明,相对于传统单间隙圆柱输出腔,盘荷波导输出结构可以在获得高效率的同时显著降低输出间隙场强.     

多间隙休斯结构耦合腔轴向电场分布的解析计算

在考虑相邻谐振腔间耦合作用对电场分布影响的基础上,分析了多间隙休斯结构耦合腔中存在模式电场分布的特点,采用双曲正割函数拟合代替传统无耦合单间隙腔中电场分布计算的高斯函数拟合,构建了多间隙耦合腔轴向电场分布函数计算的解析表达式。经不同几何参数和间隙数目耦合腔的仿真验证,电场分布解析计算结果与CST-MWS仿真结果具有好的一致性,对分布作用速调管注波互作用模拟和工程研制有益。     

多注耦合腔慢波结构冷测特性研究

对多注耦合腔慢波结构的色散和耦合阻抗特性参数的计算分析方法进行了讨论,特别是边注耦合阻抗的模拟算法.利用准周期边界条件计算了Ku波段五注耦合腔慢波结构色散特性,直接通过定义式得到了-1次谐波纵向电场分布和5个电子注的耦合阻抗曲线.比较了垂直于电子注传播方向截面上x、y坐标轴上电场Ez的分布,以及各电子注耦合阻抗的差别与变化趋势,分析讨论了多注电子耦合阻抗的特点,对实际多注耦合腔行波管设计有一定指导意义.     

速调管双耦合孔输出腔外观品质因数的计算

提出了一种采用散射参数S21曲线来计算速调管双耦合孔输出腔外观品质因数的方法。首先借助仿真软件CST-MWS模拟计算了Toshiba研制的速调管(E3736)的具有双耦合孔输出腔的外观品质因数,发现计算结果与文献数据一致;然后对中科院电子所研制的S波段、具有双耦合孔输出腔的外观品质因数进行了计算,结果与冷测数据吻合,从而证明了该方法的有效性。     

传输法模拟滤波器型输出回路的间隙阻抗频率特性

利用传输法把滤波器型输出回路等效为双端口微波网络问题,通过理论分析,数值模拟和冷测实验证明了S21平方后的曲线能定性反映滤波器型输出回路的间隙阻抗频率特性.从而在仿真设计阶段,可将S21设为优化目标,利用三维电磁仿真软件的参数优化功能实现精确设计滤波器结构,比相位法,场分析法更加快捷准确.传输法同样适用于矢量网络分析仪冷测滤波器的实验,可消除系统拆装及波导元件引起的误差,使测量更加方便准确.     

反射式速调管工作特性的计算机动态模拟及测量

讨论了反射式速调管工作特性的计算机动态模拟及实现了速调管工作特性的动态安全、精确测量。利用光电耦合器将速调管反射极高电压线性转换为低电压，同时将驻波测量线测得电场强度的电压值和晶体检波器所测得的反射式速调管输出功率的电压值通过运算放大器线性放大，然后经过模数转换卡采集到微机中，利用软件绘制出速调管的工作特性曲线。同时将测量所得的实验值输入计算机模拟程序，动态绘制出当前状态下的速调管工作图像。     

X波段带状注速调管注波互作用系统的3维PIC模拟

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.本文对工作在π模状态下的X波段带状注速调管三间隙腔进行了模拟计算,并对由该型腔体构成的注波互作用系统进行了3维PIC模拟,给出了初步的模拟设计结果.模拟结果表明:在电子注电压为415kV,电流为250A时,该速调管可以获得大于29.6MW的输出功率、34.3dB的增益以及29.6%的效率.     

Suppressing electron bunching at low harmonics in gyromultipliers of the klystron type

We propose a method of selective suppression of the electron bunching at low harmonics of the external drive frequency in gyromultipliers of the klystron type. This approach improves the selectivity of generation at the multiple frequency by decreasing the probability of parasitic low harmonic excitation of the output cavity. The analytical conclusions are confirmed by the results of numerical simulation of the electron bunching space in a weakly relativistic gyromultiplier.     

Design and realization of the microwave cavity in the PTB caesium atomic fountain clock CSF1

At the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), the caesium atomic fountain clock CSF1 was developed. One key element of it is its microwave cavity, which was designed to have a low transversal phase variation across the cavity opening. This usually is achieved by using a cylindrical cavity with a TE011 field mode, having a high intrinsic quality factor, and by feeding the cavity symmetrically via two apertures at opposite position in the cavity wall. In contrast to other solutions, the CSF1 cavity is tightly coupled to the microwave feeds (Q _load≈2000). Therefore, detuning of the cavity resonance frequency has a reduced impact on the microwave field amplitude in the cavity compared to the case of weak coupling. Thus, a temperature stabilization of the cavity can be avoided. The extent to which the tight coupling may have an impact on the transversal phase distribution was studied. This question was solved analytically for a simplified cavity model. The results were applied to define the coupling geometry of the CSF1 cylindrical cavity in such a manner that the transversal phase distribution should become minimized. The key parameter is the electric length of the waveguides that constitute the junction to the coupling apertures. The theoretical studies are presented in some detail, and steps of the practical realization of the cavity are described     

基于波导等效阻抗建模用于钛铁矿微波还原的谐振腔体研究

提出了一种利用等效阻抗的思想来设计微波谐振腔。通过计算传输波导的主模等效阻抗与谐振腔近似等效阻抗匹配来确定谐振腔体的尺寸,从而使多模谐振腔与传输波导具有良好的匹配,微波源能够以最小的反射馈入谐振腔内。以钛铁矿作为加热研究的物料,利用HFSS软件分别对单馈口和多馈口多模腔的反射系数进行了优化仿真,并且给出了腔体内场分布的情况,仿真优化的结果与等效阻抗匹配方法计算值接近,验证了根据波导等效阻抗方法来设计腔体结构的可行性,为设计高温微波冶金多模腔体提供了新的参考依据。     

多注速调管TM310模同轴谐振腔杂模抑制的研究

针对工作在TM310模的同轴谐振腔提出了一种通过在腔中设置重入式金属环来增大工作模式与邻近杂模频率间隔,进而实现杂模抑制的方法。通过等效电路法研究了金属环设置前后工作模式及其邻近模式频率变化的规律,发现通过适当地设置金属环可以获得较大的频率间隔。借助仿真软件CST-MWS验证了该法的有效性,并分析了金属环的各尺寸参数对模式频率及频率间隔的影响,以及金属环的设置对工作模式电场的影响。优化选取了适当的金属环参数,使某X波段多注速调管同轴谐振腔中工作模式与邻近杂模的最小频率间隔达到1.2 GHz。