E波段折叠波导行波管集成极靴结构设计及仿真

为进一步提升毫米波折叠波导行波管的输出功率,通过整体加工的工艺方法,将折叠波导慢波结构和周期永磁聚焦系统在母材上同时加工,形成一种集成极靴结构。基于圆形注电子光学系统,设计了E波段折叠波导行波管的集成极靴结构。利用三维电磁场模拟软件(CST)的微波工作室,设计并模拟了慢波结构的冷特性参数,并根据慢波结构尺寸设计周期永磁聚焦系统。通过电磁工作环境仿真软件(OPERA)对磁场进行仿真验证,最终整管粒子数值模拟(PIC)计算结果表明,在61~71 GHz频带内可获得大于1 kW的饱和输出功率。该集成极靴结构在提供强轴向磁场的同时,具有结构紧凑、散热性好等优点。     

行波管；集成极靴式磁聚焦系统；磁感应强度；数值模拟

集成极靴式互作用系统在高频段行波管中有着巨大的应用潜力,而在其设计和应用过程中,最大限度地克服横 向磁场是一个十分重要的问题。介绍了集成极靴式互作用系统的结构单元、工作原理和比较优势;基于一段特定几何尺 寸的集成极靴式互作用系统,先定性分析了影响其磁场分布的关键参量,然后利用CST 静磁工作室详细研究了各个参量 的变化与其磁场分布的相互关系。计算结果不仅可以进一步加深对矩形磁钢磁场分布的认识,也为集成极靴式互作用系 统的在高频段行波管中的应用奠定了基础。     

W波段带状注扩展互作用速调管注波互作用系统

对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析,以一个五间隙耦合腔作为输入腔,一个五间隙耦合腔作为输出腔,构成了W波段SBEIK的注波互作用系统,利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟,并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证,结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75 k V、电流为4 A条件下,仅用两个腔体在W波段实现了高于24 d B的增益,为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK的设计奠定了坚实的基础.     

W波段大功率发射机的设计与研究

毫米波雷达对云、雾、降水的形成与发展等微物理过程的探测具有明显的优势,是认识气象物理过程的重要手段。介绍了用于云雨探测雷达的W波段大功率发射机的设计方法与过程,该发射机采用分布作用速调管(EIK)作为末级放大器,介绍了EIK的工作原理、特点及应用要求,重点对发射机的聚焦极脉冲调制器、高压电源的工程实现进行了分析,高压电源采用电容钳位移相逆变器,具有快速响应及良好的稳压性能,对控制电路的实现及其功能进行了介绍,最终给出了W波段发射机的样机研制及测试结果。     

W波段平面集成行波管高频系统设计及验证

针对W波段平面一维阵列集成行波管设计,采用非半圆弯曲变形折叠波导慢波结构和聚焦极调制皮尔斯电子枪,基于CST、MTSS和Opera软件优化设计了集成行波管高频系统和电子光学系统,实现了W波段低电压小电流工作的低功率行波管设计,通过周期永磁(PPM)聚焦系统制管验证了高频系统和电子枪设计的合理性。测试结果表明,行波管在工作电压12.62 kV,工作电流31.6 mA条件下,输出功率大于10 W的带宽达到5 GHz,增益优于28 dB,总效率优于10%,测试结果与设计结果具有较好一致性,为W波段行波管实现阵列集成提供技术支撑。     

W 波段带状注速调管注波互作用系统的研究

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。本文基于PIC 粒子模拟软件,建立了专门用于计算带状注速调管注波互作用过程的三维设计平台,并应用该平台完成了W 波段带状注速调管注波互作用系统的初步设计,获得了清晰的物理图像和具有参考意义的模拟设计结果。模拟结果表明,在电子注电压为140 kV,电流为15 A 时,该速调管可以获得大于573 kW 的输出功率、27.8 dB 的增益和大于27.3%的效率。     

L波段230W空间行波管大功率、高效率技术研究

针对导航卫星系统对导航分系统大功率的需求,介绍了L波段230 W空间行波管在大功率、高效率、低谐波抑制比等重要指标实现方面的技术研究进展,通过对慢波电路、输出结构和四级降压收集极的优化设计,攻克了该波段产品高功率、高效率的难点,研制出符合技术要求的样管,实现了全频带内样管功率大于235 W,效率大于65%,并给出样管测试结果。     

W 波段回旋行波管高频结构设计和仿真*

对W 波段回旋行波管的高频结构的设计参数进行了分析计算与软件仿真,通过色散关系确定了磁场 取值,通过对返波振荡的分析确定了高频结构———周期衰减材料加载,通过对绝对不稳定性振荡的分析确定了工作 电流和横纵速度比的取值范围,最终得到了W 波段回旋行波管的工作参数。采用粒子模拟软件进行模拟计算,可以 得到155kW 的峰值功率输出和5.5GHz 的带宽,并给出了输出功率与回旋行波管各工作参数之间的关系曲线,进一 步证明了对返波振荡和绝对不稳定性振荡的分析与参数选取的合理性。实际加工的回旋行波管在测试中峰值功率 大于100kW,增益大于40dB,效率大于12%,3dB 带宽为4.1GHz。     

耳型折叠波导慢波结构W波段行波管

毫米波行波管具有大功率、宽频带、高增益等特点，广泛用于雷达、高速通信、电子对抗等现代军事装备中。为提高折叠波导耦合阻抗并考虑工程应用性，提出一种耳型折叠波导新型慢波结构。与常规矩形波导相比，工作频带内耦合阻抗提高30%以上，损耗降低10%。研制的耳型折叠波导W波段行波管，在工作电压21.9 kV，电流210 mA，占空比为5%时，10.8 GHz带宽内输出功率大于192 W，峰值功率达278 W，电子效率和增益分别达到6.3%和44.6 dB，行波管工作稳定。     

W波段梯形慢波结构返波管的研究

本文采用梯形慢波结构作为返波管的高频系统,研究了一种工作在低电压条件下的W波段返波管。本次研究采用三维电磁仿真软件CST计算梯形慢波结构的色散特性和耦合阻抗;采用PIC软件模拟注波互作用。结果显示:电压范围在5.5~8kV变化时,梯形线工作在104GHz左右,带宽约为1.35GHz。注波互作用仿真结果显示其工作在高次空间谐波处,输出效率在2%左右。     

高功率微波发射机调制器和电源电路设计

为使高功率发射机的行波管正常工作,设计了其调制器和电源电路.用双稳态触发电路和脉冲变压器组合构成了调制器电路,输出上升沿和下降沿陡峭、时间关系与同步触发脉冲一致的调制脉冲,加到行波管的控制栅极;采用串联型开关电源电路,产生了行波管正常工作所需的低压电源;利用脉冲变换器和高压变压器产生了行波管的高压电源;此外还设计了控制...     

W波段低电压宽带过模矩形同轴曲折波导行波管的研究

提出了一种具有高频率、宽频带和低电压特点的矩形同轴曲折波导慢波结构,所提出的矩形同轴曲折波导工作于过模状态,工作频率较高,同时具有不错的传输特性。设计了一种宽带的双脊加载的波导-同轴转换器,其带宽可以覆盖矩形同轴曲折波导行波管的整个工作频带。所设计的矩形同轴曲折波导行波管工作电压和电流分别为3230 V和150 mA,慢波结构长度为32 mm,PIC仿真结果表明,在76～110 GHz频率范围内,其输出功率超过13.7 W,在108GHz频点,输出功率达到最大值,约为27.4 W,对应的射频效率为 5.65%。     

梯形慢波结构的研究

梯形慢波结构是应用于中功率和大功率行波管的一种重要且实用的周期慢波系统,具有结构简单,成本低,功率容量大,散热性好等优点。目前,国内外对梯形慢波结构的研究工作一直在进行中。分析了梯形慢波结构模型,分析了谐振法在运用CST 软件本征模求解器计算色散特性中的理论和过程。在此基础上,设计了工作点为100GHz 和225GHz 的梯形慢波结构尺寸,并研究了梯形慢波结构的尺寸对色散特性的影响。     

一种新型聚焦极控制发射机的设计

针对电子对抗领域提出的利用收发时分工作实现隔离的新技术要求,设计了一种新型聚焦极控制发射机。文中详述了该发射机的系统组成和工作原理;介绍了前级微波链路、后级微波链路和行波管组成的微波系统以及主要器件的作用;介绍了控制保护模块的功能和作用,行波管各极配套电源的设计原理和实现方式和结构工艺设计;最后给出了该发射机的测试结果及应用情况。     

一种聚焦极脉冲调制器的设计

介绍一种用于机载合成孔径雷达（SAR）行波管发射机的聚焦极调制器设计,叙述其工作原理、开关管选择、隔离脉冲变压器的特点,最后给出调制器测试结果和波形。     

一种能适应低电压大功率应用需求的毫米波耦合腔慢波结构

本文在分析传统耦合腔慢波结构的基础上,提出了一种具有低电压大功率特点的耦合腔慢波结构。该慢结构可以充分利用传统耦合腔慢波结构的成熟工艺,是一种非常有发展前途的毫米波慢波结构。     

Dispersion Equation of the Coaxial-Radial Line

As an component of beam-wave interaction of a travelling-wave tube (TWT), the slow-wave system directly influences the TWT’s properties. Helix TWTs have very wide bandwidth but small thermal dissipation, therefore their power capacity are limited. While coupled-cavity TWTs are capable of producing high power but their operation bandwidths are much narrower than those of helix TWTs. It seems difficult to meet both high power and broad bandwidth simultaneously. With the development of rec…     

W波段带状注耦合腔慢波结构行波管的设计与冷测

对W波段三槽梯形线耦合腔慢波结构(包括大功率输入输出耦合器和射频窗)的加工和冷测进行了研究。此慢波结构由一个矩形波导耦合器馈电,该耦合器由放置在输入腔短边上的三阶阶梯变换矩形波导组成。首先,利用仿真方法研究了慢波结构的色散、互作用阻抗、传输特性和注-波互作用。结果表明,采用三槽梯形线耦合腔慢波结构的行波管能够在91~96 GHz的频率范围内提供大于1000 W的饱和输出功率,并且在94 GHz频点,饱和输出功率最大,可以达到1125 W。其次,采用高精度数控铣床加工出三槽梯形线慢波结构,并将其固定在非磁性不锈钢外壳中。文中给出了带有耦合器和射频窗的三槽梯形线慢波系统的测试结果,表明在90 GHz到100 GHz的频率范围内,S11<-10 dB。因此,三槽梯形线慢波结构在W波段大功率行波管方面具有应用前景。