带状注速调管谐振腔的模拟研究

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。本文对带状注速调管的谐振腔进行研究,通过三维电磁模拟软件分别对单间隙和多间隙谐振腔的频率特性进行了计算,并对其进行了分析和讨论。     

W波段带状注速调管多间隙腔高频结构及其特性

通过对W波段带状注速调管的哑铃型谐振腔特性进行分析,利用三维高频仿真设计软件CST-MSW建立了单间隙、三间隙、五间隙腔的物理模型,详细分析了不同结构尺寸对于高频系统相关冷参数的影响,优化得到了相应的高频结构及其特性参数,以此作为开发的二维注波互作用程序SBK.2D快速计算的高频输入参数.同时,为了结合注波互作用系统的热参数三维仿真设计,采用MAGIC-3D对多间隙腔的高频特性及参数进行了仿真计算,得到的结果与CST冷参数设计基本一致,为W波段带状注速调管注波互作用系统的设计提供了重要参数和依据.     

横向行波速调管注—波互作用研究

文章用电磁仿真软件CST模拟仿真了一种具有带状电子注的行波速调管,这种行波速调管利用矩形波导而非谐振腔对带状电子注进行速度调制,从而使得电子注密度得到调制,使得电磁能量得到放大。     

W波段连续波带状注扩展互作用速调管高频电路的设计

针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题,设计了一个工作在TM₃₁-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管（EIK）高频电路,该电路采用电压20 kV、电流0.65 A,2.5 mm×0.3 mm的带状电子注,高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔,输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化,三维PIC仿真结果显示：在输入功率0.2 W的条件下,能够获得超过1200 W的输出功率,效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面,对TM₃₁模式和TM₁₁模式进行了详细的对比分析。     

带状注速调管多间隙输出腔的粒子模拟

带状注器件在高频率、高功率方向发展潜力巨大,而多间隙腔是提高效率和功率容量的有效手段。本文提出了一 种带状注速调管多间隙输出腔,并设计了一种Ka波段带状注速调管输出腔。此输出腔结构可以获得好的输出耦合特性, 以及理想的电场场形。最后通过MAGIC粒子模拟软件对电子注群聚,能量转换以及输出腔频谱特性等作了仿真和详细分 析,在中心频率获得了稳定的功率输出,互作用效率达到50%以上。     

W 波段带状注速调管准光输出结构的研究

研究了一种新型的带状注速调管多间隙输出结构——准光输出腔。通过电场均匀性,双端口腔外Q 值的计 算以及参数敏感性几个方面的研究,分析了其设计和性能。结果表明,相对于传统的多间隙输出结构,准光输出腔电 场均匀性更好、设计更为灵活,并且电性能对耦合孔尺寸的敏感性更低,这使得准光输出腔在面对工程中产生的误差 时性能更为稳定。对具体设计的W 波段五间隙准光输出腔,采用三维MAGIC 模拟检验了其功率提取能力、效率以 及带宽,结果显示：可以获得40kW 的功率输出,相应于14%的互作用效率,3dB 带宽达到150MHz。研究表明,准 光输出腔非常适合作为带状注速调管（一种窄带高功率放大器）的输出电路。     

一种新型滤波器加载同轴复合腔输出回路

该文介绍了一种适用于 S 波段宽带多注速调管的新型滤波器加载同轴复合腔输出回路.根据耦合谐振腔理论对该输出结构进行了理论分析并给出其等效电路;采用3维电磁场仿真软件CST-MWS进行计算模拟,研究了输出腔间隙的场分布均匀性及输出回路间隙阻抗的频率特性.研究结果表明,采用该滤波器加载同轴复合腔输出回路不仅可以极大地降低多注速调管总体对高阴极发射电流密度的要求,而且在保证多注速调管128 MHz/dB带宽的同时输出腔间隙处的轴向电场有较好的均匀性.     

强耦合式带状注速调管多间隙输出腔的设计

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.     

分布作用速调管大信号计算模型的研究

该文建立了分布作用速调管(EIK)注波互作用模拟的大信号计算模型。该模型基于1维电子圆盘模型,考虑了电子圆盘间的空间电荷力。在电子与高频场互作用计算中采用双间隙耦合腔等效电路方法,并在间隙阻抗矩阵的计算中考虑了耦合腔中每个间隙电子电导的影响。依据该模型编写了计算程序,并与MAGIC3D仿真结果进行了比较验证,结果相符合。该计算模型可以扩展到三间隙乃至更多间隙谐振腔的分布作用速调管注波互作用的大信号计算模拟中。     

用于L波段多注速调管的半波长矩形同轴腔研究

本文研究了适合于低频段宽带多注速调管的新型微波谐振腔半波长矩形同轴腔,用三维电磁场计算软件ISFEL3D计算了矩形同轴腔的高频参数和场分布,并与双间隙耦合圆柱腔进行了分析比较。结果表明,矩形同轴腔体积小,带宽潜力大,可应用于低频段多注速调管。     

W波段带状注速调管电子光学系统的研究进展

带状注速调管以其在毫米波段可获得高功率和高增益输出,以及小型化、紧凑型、平面微加工成形等的技术优势而备受国际前沿领域广泛关注。本文重点给出了正在开展的W波段带状注速调管的研究工作,通过采用均匀场聚焦的带状电子注的方式,研制出了椭圆截面带状电子注成形与传输的束流样管。通过实验测试获得的电子枪压缩和成形的带状电子注截面为10 mm×0.7 mm,且在电子注电压为20~82 kV,电流0.5~4.27 A时,长度为100 mm的漂移通道内电子注传输的直流通过率达到98%以上,从而验证了采用均匀场传输带状注的方案是完全可行的。     

π-TM_(610)模同轴双间隙腔耦合同轴线输出电路

该文提出一种适合于X波段多注速调管的π-TM₆₁₀模双间隙同轴腔的同轴线输出电路,并详细分析了其带宽和输出功率容限等重要性能,结果表明：π-TM₆₁₀模双间隙同轴腔耦合同轴线之后,输出腔中各个电子注孔的特性阻抗仍然很均匀;但由于输出腔外观品质因数太大而且无法使其降低,导致输出频带较窄;输出功率容限则为1MW左右。因此它比较适合作为高射频段的高功率窄带多注速调管的输出电路。     

高次模式多注速调管

介绍了高次模式多注速调管的特点、设计方法及部分研究情况。     

新型带状注毫米波器件的研究进展

近年来国际上关于毫米波带状电子注器件的研究工作表明这类器件潜在的巨大技术优势与应用潜力,同时也面临诸多技术难点。本文就毫米波带状器件的技术优势,国内外发展现状与趋势,以及面临的技术问题进行了深入分析。重点给出了我们正在开展的W波段带状注电子光学系统方面的工作,目前已经研制出了采用Wiggler聚焦的带状注束管,带状注电子枪压缩成形后的椭圆截面束流宽高比为25∶1。初步测试表明,带状注束管工作电压60 kV,工作电流2.58 A,传输距离50mm时,直流通过率达到了55%左右。目前,有关毫米波带状电子注聚焦与传输的性能优化与进一步的测试工作正在进行中。     

多注速调管电子光学系统的研究

本文比较系统地阐述了在多注速调管电子光学系统中开展的研究工作。给出了周期反转永磁聚焦系统的设计方法和设计考虑,讨论了控制极调制多注电子枪设计中遇到的特殊问题和解决方法,建立了计算电子光学系统的二维磁场和电子轨迹计算软件,并应用这些软件设计和研制了S波段200kW多注宽带速调管的电子光学系统。该管输出功率180kW,带宽7.6％,效率44.4％,增益大于45dB,电子注通过率89％,高频通过率69-83％。设计计算与实验结果有较好的一致性。     

X波段同轴多注相对论速调管放大器模拟研究

 设计了工作在X波段的同轴多注相对论速调管放大器,建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型,采用三维电磁粒子模拟软件对其高频特性进行了优化设计,对电子束经过输入腔后的束流调制、注入微波吸收情况、中间腔对束流的调制以及输出腔的微波提取情况进行了模拟研究.在输入微波功率为70kW,电子束束压为600kV,束流为5kA,轴向引导磁感应强度为0.6T的条件下,输出微波功率达到了1.3GW,效率为43%,增益为42dB,在较低的输入微波功率和较小的轴向引导磁感应强度的情况下,模拟实现了X波段RKAGW级的微波功率输出.     

C波段多注速调管高频系统的模拟研究

采用电磁仿真软件对C波段多注速调管的输入腔、输出腔及中间腔的高频特性进行了冷腔分析。采用CHIPIC软件对高频互作用区进行了整体建模。为得到稳定且较高的输出功率,对电子束,输入功率及输出耦合结构等参数进行研究分析。通过对结果的分析,模拟整个高频结构的工作情况,在电子束电压28 kV,总电流为14.96 A的条件下,得到了功率为225 kW的峰值功率,效率为50%。     

高峰值功率多注速调管的发展

高峰值功率多注速调管是一种新型的微波电真空器件,其广阔的应用前景已受到人们的高度关注。本文详细介绍了国际上已经研制成功和正在研制的几种高峰值功率多注速调管的情况,给出了这些速调管的具体参数,讨论了这些速调管在研制过程中需要解决的关键技术问题。     

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。