一种有限厚度翼片加载螺旋线色散特性及耦合阻抗研究

翼片加载螺旋线慢波结构广泛应用于大功率、宽频带行波管中.一般的计算未考虑翼片加载所引起的角向空间谐波,本文考虑空间谐波,建立了有限厚度翼片加载螺旋线慢波结构的模型,推导出实用的色散方程和耦合阻抗表达式.利用导出的方程对实际行波管的螺旋慢波结构进行计算,并与测量结果和简单翼片模型进行了比较.首次通过分析的方法得到加载翼片有最佳中心夹角(θ)存在.     

螺旋线行波管中螺距跳变幅度对输出功率的影响

通过对具有动态速度渐变（咖特性的注波互作用机理和谐波抑制技术的讨论得出了合理螺旋线的参量够提高螺旋线行波管频带内输出功率的初步结论。通过数值计算对螺距跳变幅度对输出功率影响进行了重点研究,进一步印证了初步结论。并得出了恰当的螺距跳变幅度可抑制二次谐波。增强基波,提高频带内输出功率的重要结论。所得结论为螺旋线慢波系统的设计工作的进一步开展指明了一个方向。     

平面型慢波结构色散特性和耦合阻抗的测量

Ⅰ、引言慢波结构是行波管和返波管不可缺少的部件。管子功率的高低、频带的宽窄均与慢波结构有密切的关系。例如早期的小功率行波管多采用螺旋线慢波结构,但随着功率的不断提高,螺旋线的热耗散能力已显得不够,因此,一般中功率行波管多采用环杆结构。到更高功率电平,环杆结构也不能满足要求了,而必须采用耦合腔链式的慢波结构。所有这些慢波结构都     

螺旋线行波管慢波结构热特性计算专用软件开发

针对行波管慢波结构热分析的必要性,介绍了螺旋线慢波结构的热产生机理,结合ANSYS软件设计了可对不同翼片加载和不同形状夹持杆的螺旋线慢波结构进行热特性分析的专用仿真环境。利用该仿真环境,用户可以在不掌握ANSYS软件的情况下对螺旋线行波管慢波结构的热特性进行模拟计算。     

螺距跳变技术优化行波管电子效率的研究

行波管采用动态速度渐变（DVT）技术能获得很高的电子互作用效率。这里采用粒子模拟（PIC）技术对Ka波段某螺旋线空间行波管慢波结构进行模拟,分析了采用DVT技术的慢波结构内部各段螺距的大小和长度对行波管电子效率以及增益的影响。对慢波结构进行优化,优化后,电子效率由17．53％提高至27．27％,增益由51．17dB增加至53．09dB。     

螺旋线慢波结构散热性能的理论研究

建立了二维研究模型和一维近似模型,通过不同的方法对螺旋线慢波结构进行理论热分析。得到慢波结构中螺旋线、夹持杆和管壳温度差的表达式。对特定的结构进行热分析,比较了各种方法得到结果的一致性。该项理论研究对改善螺旋线行波管散热性能具有重要的意义。     

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波段二次谐波回旋行波管放大器的研究

二次谐波回旋行波管放大器的互作用磁场比基波回旋行波管放大器的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对周期介质加载结构的Ka波段二次谐波回旋行波管电子枪、高频结构、模式竞争以及注波互作用研究,确定了Ka波段TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数,通过PIC模拟计算,在电子注电压为90 kV,注电流为25 A时,获得了大于200 kW的输出功率,超过40 dB的增益。     

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。     

螺旋线行波管中场的数值分析

该文对螺旋线行波管中的场进行了数值分析。研究表明数值求解时主从边界条件的位置决定场传播的方向,螺旋线旋转方向决定场的旋转变化方向。螺旋线外各类夹持杆和翼片对螺旋线内部场分布影响很小,场基本随贝塞尔函数分布,但耦合阻抗变化较大,这主要是由于场受螺旋线外结构影响而影响功率分配。同时,对场的各次空间谐波的研究,特别是零次和负一次空间谐波,有利于准确地求解各次空间谐波的耦合阻抗,对提高螺旋线行波管放大器和返波振荡的大信号注波互作用计算的准确性有重要的意义。     

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。     

高效率小型化行波管的二次谐波抑制

以罗埃大信号理论为基础，利用两节螺距具有正负变化的双跳变输出电路对提高宽带行波管效率的二次谐波抑制问题进行了模拟。对输出电路的跳变位置和跳变螺距进行了详细研究。模拟与测试结果证明：采用双跳变输出线路，在低频端二次谐波受到很大抑制，正向基波分量得到明显增强，在宽频带(6—18GHz)范围内，获得了均衡的饱和功率输出。     

Improvement of the output power in TWTs by harmonic injection

The possibility of improving the fundamental output power of a traveling wave tube (TWT) using second harmonic injection is presented in this paper with theoretical, numerical, and experimental approaches. A calculus of the energy extracted from an electron beam subjected to a bi-harmonic field is presented in the low-gain regime, and it shows how the shape of the field can increase the fundamental extracted power. The phase difference between the fundamental and harmonic waves appears to be a key parameter for harmonic injection. The large signal code TUBH from Thales Electron Devices is used to simulate a TWT where both the fundamental and harmonic waves travel with the same velocity and the same growth rate. Harmonic injection simulations show that the fundamental output power is optimized when the total energy extracted from the beam is maximized, and the fundamental wave is favored to the detriment of the harmonic wave. A three-dimensional version of the code, called MVTRAD, is used to simulate an industrial TWT manufactured at Thales. Experimental measurements on this TWT completed this paper, showing a significant increase of fundamental output power with harmonic injection with up to 86% of additional power at 5 GHz.     

A study on helix pitch tolerance impact on TWT small-signal gain

Traveling-wave tubes (TWTs) consist of several sections with different helix pitch to provide the required small-signal gain. An extensive study aiming to improve the comprehension of the effect of the helix pitch manufacturing tolerances on the TWT small-signal gain has been completed. The obtained results demonstrate the relevant impact on the TWT small-signal gain when the helix pitch deviates from its nominal value and allow devising a tuning procedure for the realized tubes.     

螺旋线行波管中功率洞问题的研究

宽带螺旋线行波管在一较窄的频带内出现饱和输出功率凹陷的现象被称为功率洞。功率洞对于放大器所应用的系统,特别是通信系统的整体性能会产生严重影响。本论文分析了宽带螺旋线行波管中功率洞产生的原因,介绍了一种解决功率凹陷的办法—渐变磁场法,并应用二维大信号注波互作用程序进行仿真,研究结果表明：采用渐变磁场法可以在一定程度上有效地抑制功率凹陷,使宽带螺旋线行波管在工作频带内的饱和输出功率随频率变化的曲线较为平坦。     

X波段大功率螺旋线型脉冲行波管的研制

介绍了两种螺旋线型脉冲行波管,通过抑制返波振荡和提高螺旋线散热能力,在X波段获得了8 kW峰值功率和400 W平均功率。同时进行了初步的功率合成试验,并取得了较好的结果。     

螺旋线行波管注-波互作用三维粒子模拟

结合时域有限差分方法和粒子模拟方法,开发了螺旋线行波管的三维注-波互作用粒子模拟程序。从最基本的电磁场运动规律和力学规律出发,利用高速计算机直接求解完整的麦克斯韦方程组和洛伦兹方程,完成了对C 波段螺旋线行波管的注-波互作用的模拟计算,得到了电子的相位和空间分布以及管子的功率、增益等电性能参量,验证了程序的正确性,为后期优化和设计奠定了基础。     

Analysis of the methods to increase the output power and frequency of the broadband TWTs

The limitations on the output power and operating frequency of the broadband TWTs resulting from a relatively low thermal stability of helix and the self-excitation at the backward wave at a operating voltage of greater than 10 kV are considered. The analysis yields the methods to overcome limitations: the application of a bifilar helix with the azimuthally conducting rings and the application of combined metal-dielectric supports that allow a simultaneous improvement of the heat removal from the helix and an increase in the TWT band. It is demonstrated that a decrease in the slowing caused by the rings and a smaller period of the bifilar helix make it possible to shift the threshold of the self-excitation at the backward wave to 30–40 kV.     

非线性慢波电路中跳变幅度对饱和输出功率的影响

本文以罗埃大信号理论为基础，对提高小型化行波管效率的动态速度渐变技术和二次谐波的抑制问题进行了模拟计算分析。重点研究了非线性双跳变电路中跳变幅度的变化对饱和输出功率的影响。获得了实现动态速度渐变的最佳双跳变电路变化幅度。证明了在最佳跳变幅度，基波分量得到加强，二次谐波受到抑制，饱和功率在全频带范围（６～１８ＧＨｚ）内具有均衡输出。