W波段多种槽加载折叠波导行波管的研究

该文提出了3种槽加载折叠波导行波管慢波结构：三角形、梯形和燕尾形槽加载折叠波导。分析比较了不同槽形状对慢波结构的色散特性和耦合阻抗的影响。利用粒子模拟的方法对W波段4种槽加载折叠波导行波管的非线性注-波互作用进行了研究;在相同的电子注参数和输入功率的条件下,对输出功率、电子效率和增益等参量进行了比较。在多种槽加载结构中,梯形槽加载折叠波导输出功率(255 W)和增益(37.1 dB)最大,电子效率最高(10.7%);燕尾形槽加载折叠波导达到饱和所需要的互作用电路最短(64.2 mm);三角形槽加载折叠波导的3 dB带宽最宽。     

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。     

F波段折叠波导行波管研制

毫米波行波管具有效率高、功率大、频带宽的特点,在国防和国民经济领域发挥着越来越重要的作用,因此对新型毫米波行波管的研究具有重要的现实意义。为填补F波段行波管研制空白,本文开展该频段行波管的研制工作,利用CST和MTSS软件完成对F波段折叠波导行波管慢波系统和输能系统的优化设计,并根据设计结果研制样管一支。样管测试结果显示工作电压20.3 kV、电流50 mA,103～110 GHz频带范围内输出功率大于20 W,增益大于25 dB,该测试结果与模拟仿真结果吻合较好。     

G波段双注折叠波导行波管的注-波互作用特性

研究了G波段双注折叠波导(FWG)TE20模的基本特性。首先计算了双注FWG TE20模的高频特性,采用等效电路法计算了色散特性;根据定义式计算了耦合阻抗,同时将二者的计算结果与HFSS仿真结果进行对比。结果显示,色散特性随频率升高差距增大,耦合阻抗随频率升高差距降低。利用电磁仿真技术(CST)粒子模拟软件对双注FWG TE20模的注-波互作用情况进行仿真,得到了慢波结构中电子轨迹以及输入输出信号频谱图,结果表明,在工作频率为205 GHz时,四段FWG的增益为34.74 dB。     

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。     

Q波段通信折叠波导行波管研究

针对通信行波管卫星上行链路高频率、宽频带、大功率和高线性度的应用特点,开展了Q波段折叠波导通信行波管电子光学和慢波线互作用设计研究。在设计基础上,通过加工零部件进行制管验证,攻克了慢波线加工、装配、焊接工艺和副特性补偿等关键技术,研制出饱和输出功率大于200 W、效率优于38%、线性指标优异的Q波段折叠波导行波管,为类似Q波段通信折叠波导行波管研发提供重要设计参考。     

V波段宽杆半矩形环螺旋线行波管的研究

为满足行波管大功率、高效率、小型化的发展需求,设计了工作于V波段的宽杆半矩形环螺旋线行波管.仿真结果表明:与传统的矩形螺旋线慢波结构对比,宽杆半矩形环螺旋线慢波结构在保持色散平坦度相近的前提下,具有相速值较小、耦合阻抗较高的特点,同时,新结构更加兼容微细加工技术,易于小型化、批量化生产.在采用工作电压8900 V、工作...     

Ka波段曲折双脊单槽加载波导行波管研究

提出了一种新型的曲折波导慢波结构:曲折双脊单槽加载波导慢波结构.利用HFSS、CST电磁仿真软件对工作在Ka波段的曲折双脊单槽加载波导行波管进行了模拟计算,得到其高频特性及注-波互作用特性.结果表明,在33 GHz可以得到265 W的输出功率,增益为37.2 dB,3 dB增益带宽为6 GHz.     

W波段折叠波导慢波结构设计及三维注波互作用模拟

本文综合分析了折叠波导的几何尺寸和电子束参数，运用电磁场软件MAFIA的粒子模拟程序对三维折叠波导慢波结构进行了模拟．模型中，电磁波通过波导模式导入；为了克服较大空间电荷效应造成的电子注发散，使用了纵向聚焦磁场．基于三维互作用模型得到了W波段折叠波导的模拟结果，该结果可以对折叠波导慢波结构的三维互作用性能进行预测和分析．     

0.14 THz双注折叠波导行波管的高频系统设计

随着太赫兹通信技术的发展,对于0.14 THz折叠波导行波管(FWTWT)的研究需求向着更高的功率和更宽的带宽发展。对双注行波管中的双路折叠波导慢波电路进行分析,得到不同参数下的高频特性变化规律。并对双路折叠波导慢波电路的功率分配和功率合成效率进行分析计算,得到功率合成效率96.3%。最后对双路慢波电路、功率分配/合成器和集中衰减器进行建模,并对注波互作用进行计算。在高压15 kV和单注电子的发射电流为40 mA条件下,得到0.14 THz频率下的合成输出功率为56 W,增益为31.4 dB,3 dB带宽为7 GHz。     

返波激励的级联折叠波导行波放大器

利用折叠波导返波振荡器(FW-BWO)作为激励源,用于激励工作频率为216 GHz的折叠波导行波放大器.利用3D-Magic进行仿真实验,通过仿真优化,最终得到96 W的输出功率,整个电路的长度被设计为只有1 cm左右.通过该方法,显著地缩短了高频结构长度,有利于实现小型化的真空电子学太赫兹源,对集成化的太赫兹源设计具有重要的参考价值.     

0.22 THz折叠波导行波管盒型窗设计及实验

针对0.22 THz 折叠波导行波管设计了一款高频输入输出结构-盒型窗,并对其进行了理论分析和数值计算,通过 CST2010微波工作室和 Ansoft HFSS11进行模拟仿真验证。这种盒型窗不但降低了加工焊接难度,而且保证了较大带宽。本文得到了0.02 THz带宽,在0.21 THz~0.23 THz范围内反射系数都小于0.08。最终通过加工和实验测试对盒型窗进行了验证,实验测试和理论计算基本一致,满足了0.22 THz折叠波导行波管的需要。     

电子注通道形貌对折叠波导慢波结构的影响

折叠波导结构是一种极具潜力的太赫兹行波管慢波电路.分析了电子注通道形貌对折叠波导高频特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗和衰减特性.仿真结果表明,相比于圆形电子注通道,矩形电子注通道的折叠波导结构色散要略微陡一些,损耗也要略微高一些.在中心频率处,矩形电子注通道结构的耦合阻抗比圆形电子注通道结构低0.5Ω左右.皮尔斯小信号理论表明,在中心频率处,矩形电子注通道结构和圆形电子注通道结构的增益速率分别为4.85 dB/cm和5.22 dB/cm,具有相似的3 dB带宽,约为6.3 GHz和7.2 GHz.粒子模拟表明,对于矩形和圆形电子注通道,54 mm(100个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz增益分别为24.42 dB和28.44 dB.     

一种开敞式脊加载折叠波导慢波电路的高频特性

提出了一种开敞式脊加载折叠波导慢波结构.通过除去直波导段周围的金属边界,形成一种开敞式结构以减弱色散,同时在直波导段加脊以提高耦合阻抗.研究表明,和传统结构相比,新型结构在不影响带宽的前提下,有效提高了耦合阻抗,尤其在大功率设计情况下,耦合阻抗的提高接近1倍.     

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%。     

圆形槽波导到矩形波导结的有限元分析

设计基于圆形槽波导的元件经常会用到圆形槽波导到矩形波导结.应用有限元法(FEM)分析了N端口波导结.采用完全匹配层(PML)将槽波导的开放边界截断为有限区域,然后对圆形槽波导到矩形波导结的散射特性进行了数值计算,得出的散射参量为圆形槽波导振荡器输出结构的优化设计提供了依据.     

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85～110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究.曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率.文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其...     

矩形波导加载光栅结构的太赫兹振荡器

本文采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构,通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗,理论分析结果和仿真结果能很好地吻合。在理论分析的基础上,设计了一个中心频率为340GHz的返波管,经粒子模拟软件计算,在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100mW且可调带宽约30GHz。     

0.14 THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工

使用一种显式方法对0.14 THz折叠波导行波管慢波结构进行了快速设计,并通过解析模型、等效电路模型以及电磁场仿真软件(CST MWS)对结构的色散关系和耦合阻抗进行了计算。计算结果表明,0.14 THz附近的色散较为平坦,耦合阻抗在1Ω左右。为了满足大功率输出需求,对初始结构尺寸进行了部分调整。CST PS互作用模拟结果表明,在0.14 THz附近,输出功率大于1 W。用微电火花(EDM)和微铣削方法分别进行了加工实验,结果表明,两种方法在尺寸精确度上均能满足指标要求,微铣削加工能获得更平整、表面粗糙度更好的槽底。     

340 GHz菱形曲折波导慢波结构

提出并研究了一种菱形曲折波导慢波结构.与传统的矩形曲折波导慢波结构相比,菱形曲折波导慢波结构在相同频带下拥有更大的尺寸,在相同尺寸下拥有更宽的带宽.同时提出了适用于这种慢波结构的输入-输出过渡结构和衰减器.在此基础上,设计了一种用于行波管的340 GHz菱形曲折波导慢波结构,并采用相速负跳变技术提高了其增益.模拟仿真结...