一种大功率高效率正交场放大管

本文陈述了提供大功率注入式电子注正交场放大管高板极效率的设计概念。这些概念在一只低负载、5千瓦、S波段注入电子注正交场放大管中得以实验验证。放大管设计成能以连续波工作,采用传导或者冷却液冷却。放大管采用极宽的互作用线路(卡普“Kar-P”线路)。效率好的十级降压收集极结合高线路效率,导致板极效率大于65％。并且也陈述了限制电子注电位作为增高互作用效率和简化收集极电源的一种技术。     

介质支撑曲折线简介

一、引言介质支撑曲折线是最近在研制正交场放大管的过程中发展起来的一种大功率、宽频带慢波结构。由于它的成就,使注入式正交场放大管在C波段和S波段的倍频程带宽内能获得一千瓦的连续波输出功率和十千瓦的峰值输出功率。采用介质支撑曲折线,还可以使体积小、重量轻著称的正交场放大管的体积和重量进一步大为减小。例如,一支采用介质支撑曲折线作为慢波结构的S波段注入式正交场放大管可成功地包装在24×12×11立方厘米的体积内,其包括磁钢在内的整管总重量仅为4.3公斤。     

正交场微波放大管的非线性理论

本文定性地叙述了一种了解正交场放大管中非线性慢波线路互作用的新方法。这种方法是基于等离子体物理学领域中为描述朗缪尔渡和扰动现象而发展起来的孤立波的概念。在本文中,所给出的C波段正交场放大管SFD-257的实验数据同理论预计值相当一致。理论预言了一系列具有不同放大机理的工作电压范围。SFD-257的数据表明,这些工作电压范围确实是存在的。原有的理论不能预言或表征这些各不相同的放大机理。本文的理论提供了一种了解正交场放大管非线性工作状态的有用的新方法。     

大功率正交场微波发生器

有人提議利用置于空間同步轨道高度处的巨大太阳电池陣,从太阳获得电能。这就需要一种转换装置,将这种能量轉换成微波能量,以便传播到地球表面。在把直流轉换成高频能量的作用方面,正交場器件满足高效率、长寿命以及中等功率或极大的功率的要求。大功率磁控管的直流-高频能量轉换效率为93％,总效率为86％。在3000兆赫下,已从增幅管(一种正交埸放大管)获得高于400千瓦連續波功率,效率为76％。純金属二次发射阴极的研制,使管子有长的寿命。最近研制的永久磁铁料料,重量輕,能給出满足于高效率的高磁埸。     

用于相控阵的正交场放大管

已研制出用于相控阵的L波段和X波段的正交场放大管,使用二次发射冷阴极以及控制电报,使该管由直流电源直接工作,这样就不需要大功率调制器,并且结构大大简化且很灵活。在大的多管系统中,这些管子有着特殊的重要性。工作原理业已介绍。L波段管的性能数据表明,在中心频率1200兆赫、带宽120兆赫范围内,峰值功率输出为150千瓦,增益为15分贝,效率为50％。管子的相位特性和噪声特性的测量技术业已讨论。偏离线性的相位为5～10°数量级,而在电压变化1％的情况下,相位灵敏度典型地为2°,在脉冲期间寄生输出低于信导输出,为30分贝以上。     

Ku波段高效率脉冲行波管的研制

简要介绍了Ku波段高效率脉冲行波管的设计、CAD计算和测试结果。通过对电子枪、聚焦系统、慢波电路、电子注和慢波线高频场大信号互作用的计算、收集极的设计,获得了符合新雷达系统技术指标要求的整管。实测结果为:在Ku波段2 GHz频带范围内,等激励、脉冲输出功率大于2.2 kW、效率大于30%。     

S波段低电压宽带前向波放大管设计研究

前向波放大管是一种低电压、高效率、低噪声、可瞬时启动的正交场放大器,本文介绍了一种S波段低电压宽频带前向波放大管的模拟设计。从慢波结构色散特性、驻波系数、插入损耗等方面讨论了单螺旋耦合翼片慢波结构;定性分析了正交场器件冷启动技术,重点介绍前向波管冷阴极启动性能、阴极材料以及目前技术水平,并讨论了前向波放大管可以低电压工作的主要原因;在理论分析的基础上,建立了S波段前向波放大管仿真模型,通过优化设计了S波段低电压宽频带前向波放大管,在工作电压9.8 kV、工作磁场0.32 T的条件下,当激励功率为3 kW时,阳极脉冲电流小于12.0 A,输出脉冲功率超过60 kW,效率大于50%,增益大于13 dB,相对带宽超过10%。     

S波段宽频带脉冲正交场放大管

SFD-238正交场放大管为相控阵应用而设计,用直流电流工作,频宽为400兆赫,中心频率在3.3千兆赫。如图1所示,规定的峰值高频输出功率极限从最小125千瓦到最大158千瓦,高频输入功率从最小6.5千瓦到最大12千瓦。在最低效率为50％和脉冲宽度为3微秒情况下,管子工作在0.008工作比,产生1千瓦最小平均输出功率。直流电源电压是12.5     

W波段斜注管高频结构的设计和注波互作用模拟

斜注管是返波管的一种,其基本原理是将电子注稍微倾斜于慢波结构表面,通过改变电子注的倾角来优化有效互作用长度,达到更高的输出功率和效率.本文论述了斜注管的基本原理,对其冷特性进行了研究,初步设计了W波段斜注管慢波结构,并利用3D电磁模拟软件,对其注-波互作用进行了模拟,模拟得到20W的输出功率以及15GHz的带宽.     

PENIOTRON——一种高效率的大功率毫米波快波器件

Peniotron是一种富有前途的快波电子器件,它能以高效率产生毫米波大功率。与回旋管不同,Peniotron没有模式(Moding)问题,所需的磁场也要小得多。本文给出了对效率和带宽进行大信号轨道计算的结果。在基模工作下,互作用效率高达95％,对于几种谐波模式工作,互作用效率也相当高。但是,由于Peniotron是一种诸振器件,故工作用带宽很窄。另一方面,小信号计算表明,Peniotron的增益和带宽关系类似于正交场放大器。文中还讨论了Peniotron有可能象返波管那样产生振荡,     

多节数正交场返向波放大器的研制

本文论述了多节数正交场返向波放大器的设计原理,并根据这种设计原理提出了带杆线慢波结构的设计方法,采用6912电子计算机对慢波结构的色散特性进行了计算。冷测结果与计算数据有较好的一致性。在中心频率,相移的设计计算值与冷测值的相对误差为4%。本设计采用四级切比雪夫双脊弓波导阻抗变换器,通过渐变式双线传输带来匹配慢波结构与输入输出迴路,经过大量的调配试验,获得了较好的整管匹配特性。在2500～2900兆赫即15%的频带内,整管的电压驻波比小于2;冷通特性较好,插入损耗约为1分贝。此外,还用6912电子计算机计算了冷阴极的起动特性。计算结果表明采用铂金冷阴极在整个工作频带内完全能正常起动,热测试验证明了这个计算结果的可靠性。在完成了大量的专题试验的基础上,仅用二套零件就研制出二只密封管,并进行了热测试验,均获得了较好的放大性能。脉冲功率输出均超过1兆瓦(设计值为700千瓦)。在激励管所能提供的10%带宽内均能放大,如果激励管有足够带宽的话,该管可望获得大于10%的频带。增益为10～13分贝。效率45%～53%。这些参数接近或超过国外报导的同类器件的水平。     

两种新型微波管慢波结构的高频特性仿真研究

慢波结构是微波管重要的部件,它是电子注与高频场相互作用进行能量交换以实现微波振荡或放大的场所。随着对微波管性能越来越高的要求,微波管慢波结构的效率和性能要求也随之提高。文中首先分析了如何求解微波管慢波结构的高频特性,并在此基础上使用了HFSS以及CST MWS等软件对两种新型微波管慢波结构(环杆慢波结构、折叠波导慢波结构)的高频特性(色散特性、耦合阻抗)进行了初步的仿真研究,并通过对结果的分析比较了两个结构的特性。     

X波段大功率砷化镓场效应晶体管及其特性

最近,硅双极型晶体管在4千兆赫下输出功率可达5瓦。当前,由富士通研究所研制成功的,1974年在IEDM上发表过的大功率GaAsF-ET达到了8千兆赫下输出1.6瓦,10千兆赫下输出0.7瓦。这是最先突破X波段1瓦的三端固体器件。 1970年以后,小信号低噪声放大用GaAsFET获得了发展。以此为前提,人们想,用GaAs能不能制作大功率FET,成了1972年IMS(国际微波技术会议)上讨论的议题。但是,由于GaAs的热导率小,加上制造方法不成熟,真心实意要搞的人是极少的。那时,富士通已生产2千兆赫5瓦的硅双极型高频大功率晶体管(网状发射极),因而对硅双极管、硅场效应管、砷化镓双极管、砷化镓场效应晶体管、固体行波器件等     

开槽波导3次谐波回旋行波放大管非线性理论与数值模拟

本文讨论了开槽圆柱波导的高频场分布,给出了注波互作用自洽非线性理论,在电子作大回旋运动与考虑速度零散的情况下,采用四阶龙格库塔法,对均匀截面开槽波导３次谐波回旋行波放大管注波互作用进行了数值计算,得出一些重要的互作用规律,为回旋行波放大管的进一步研究打下了基础。     

一种新型正交场放大管——代玛管

本文描述了一种非重人电子注、分布发射、正交場、前向波放大管——代玛管。早期的研制者用非重入型正交場放大管在获取高于6分贝的增益方面所遇到的若干困难,在代玛管中通过采用电子速度渐变或电路速度渐变的方法而得到了克服。本文所述的正交場放大管的設计理論,是基于应用等效磁控管的概念,并考虑到电子速度补偿的需要。实际上,通过改变底极——阳极间的距离,或改变直流磁場,或两都同时改变,均可以实现电子速度的补偿。用代玛管所做的实驗,在15％的带寬上,給出的增益大于10分贝。阳极工作电压为25千伏时,输出功率在300千瓦到500千瓦之間。实驗结果表明,设计理论用于大信号、饱和增益的工作范围时,是很令人滿意的。但是,由于缺乏合适的小信号理论,致使速度补偿还沒有达到最佳的运用。     

在Ka波段上全波段参差增益耿效应放大

使用参差增益放大方法已经证明了在 Ka 波段上全波段低噪声瞬时放大的可能性。利用对这两级放大器总增益变化的简化分析计算了满足最大允许波纹所需的最小隔离电平。用这个方法,已经得到26.6～39.4千兆赫、10±2.2分贝增益。     

耦合腔行波管大信号注波互作用研究与设计

行波管中注波互作用的特点是电子的速度调制、群聚及其与高频场的能量转换等过程沿整个慢波结构连续且同时进行,这是行波管可以在很宽频带内得到大输出功率的原因。在研究冷腔特性的基础上,使用三维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用过程,完成了X波段连续波行波管的设计。设计参数:工作频率7.18.5GHz,带宽18%,最大输出功率3kW。     

I—J波段宽带大功率M型返波振荡器的新进展

分离折叠波导慢波系统首次在宽频带大功率注入式正交场返波振荡器中得到应用。利用电子计算机对高频系统进行了理论设计。研制的I-J波段宽频带大功率M型返波振荡器,在大于23％的宽频带内,输出功率超过200瓦。该管最大频宽可达27.5％,最大输出功率接近300瓦。该管输出功率超过了目前国内外同类管型。     

W波段V型曲折矩形槽波导行波管的模拟研究

分析了一种新型慢波线-V型曲折矩形槽波导慢波结构,利用电磁仿真软件CST及HFSS对其高频特性进行了模拟计算,并在此基础上设计了工作在W波段的V型曲折矩形槽波导行波管的互作用结构.利用CST粒子工作室对其注-波互作用特性进行了模拟分析.结果表明:W波段V型曲折矩形槽波导行波管能够有效放大微波信号,且频谱纯净.     

C波段10%大工作比栅控耦合腔行波管

介绍了一只C波段10%大工作比栅控耦合腔脉冲行波管的研制情况。通过对电子枪、慢波电路等的科学合理设计,并应用CAD模拟技术和2.5维大信号注波互作用程序进行模拟改进,短期内研制出符合要求的合格管。研制结果表明:该管在14%的相对带宽内等激励时的脉冲输出功率均大于12 kW,效率大于20%,增益大于49 dB。