用场分析法求解速调管输出回路特性参数

 为解决速调管输出回路特性参数计算时遇到的困难,结合场分析的手段和3维电磁场模拟计算软件ISFEL3D后处理部分,提出了场分析法。理论分析表明,场分析法可用于计算单注单间隙、多注单间隙、单注多间隙和多注多间隙等各种速调管输出回路的谐振频率、间隙阻抗实部和外观品质因数等特性参数。通过对单注单间隙速调管输出回路的举例计算表明,场分析法的计算结果与反射相位法和等效间隙阻抗法的计算结果吻合较好,初步证实了该方法的可操作性和理论推导的正确性。     

等效电路计算同轴输出腔TM310模式的间隙阻抗

设计了外Q值较小,工作于高阶横磁TM310模的X波段速调管单间隙同轴输出谐振腔。用微波等效电路理论计算了高阶横磁TM310模情形六个漂移管的等效间隙中心位置,由此计算腔内等效间隙中心到输出波导内横向膜片的等效长度。以MATLAB编程计算得到同轴谐振腔TM310模式加载矩形波导滤波器输出回路的间隙阻抗,其结果与传统冷测模拟法计算结果吻合。验证了等效长度计算方法的正确性,用于圆柱腔基模的传统微波等效电路理论能用于分析同轴谐振腔高阶横磁模式输出回路,且比传统的冷测模拟法及场分析法更为快捷。     

三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

 为扩展速调管输出回路的带宽，进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论，说明了实现三模重叠的可能性，采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3 GHz的输出回路为例，建立了3维计算模型，给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性，结果表明：此输出回路2 dB相对带宽接近15%，加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

群时延时间法求解速调管输出腔的特性参数

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础,分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导,通过简化两公式的比值因子,得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算,结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致,验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能,群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观     

双间隙同轴腔加载波导滤波器输出回路设计

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合,利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟,研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。     

双耦合同轴腔TM310模加载空波导输出回路

设计了速调管的单间隙和双间隙圆柱同轴腔高阶TM310模式输出回路。为降低外输出腔的外观品质因数和增加腔内工作模式电磁场的均匀性,采用了在输出孔处腔内侧位置设置轴向短路金属线的措施。由等效电路理论分别计算了它们加载空矩形波导TE10基模时,腔内漂移管中心位置处的等效间隙阻抗及对应的输出带宽。计算模拟发现,与单间隙腔相比,双间隙腔具有较大的间隙阻抗及带宽。     

带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究

带状注扩展互作用速调管(SBEIK)结合了带状注速调管与扩展互作用速调管的优势,在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术潜力.本文提出了应用于SBEIK的五间隙哑铃型扩展互作用耦合腔输出回路的等效电路模型,获得了建立复杂多间隙扩展互作用腔的等效电路理论的方法.通过推导出的理论,快速确定了五间隙扩展互作用耦合腔的工作模式、谐振频率及间隙阻抗矩阵,由间隙阻抗的频率特性曲线快速估算出各模式对应的带宽,分析研究了耦合系数k以及Q e对于多间隙腔模式频率间隔及带宽的影响.此外,利用三维PIC仿真软件对相应的SBEIK五间隙输出腔高频特性进行了粒子模拟,结果表明,三维仿真获得的工作模式带宽特性与等效电路法计算结果基本一致,证明了本文所建立的等效电路方法的准确性和有效性.     

负载不匹配对大功率速调管输出特性的影响

 采用微波等效电路和3维电磁场计算软件研究了负载不匹配对大功率速调管输出腔的谐振频率、间隙阻抗和外观品质因数的影响。并采用1维大信号计算软件研究了负载不匹配对速调管效率的影响。对C波段速调管的研究表明：对于单间隙输出腔,负载不匹配对谐振频率影响较小,对间隙阻抗和等效外观品质因子影响较大,当负载驻波比为1.5时,谐振腔的谐振频率变化约35 MHz,间隙阻抗实部最大值变化为3 660~7 998 Ω,等效外观品质因子变化为36.9~93.5,中心频率处的效率下降4.6%。对于滤波器加载输出电路,负载不匹配对阻抗-频率特性和效率-频率特性有较大影响,当负载驻波比为1.5时,中心频率处的效率下降11.2%。当负载驻波比小于1.2时,负载失配对速调管性能的影响较小。     

三间隙耦合腔输出回路的等效电路

 给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路,利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发,结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制,并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性,从而调整电路参数,使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。     

宽带相对论速调管放大器模拟设计

设计了一种用于S波段、工作带宽10%的相对论速调管放大器结构。该宽带管采用多间隙输入腔、两个中间腔和重叠模双间隙输出腔来拓展相对论速调管放大器(RKA)群聚段和输出段的带宽, 模拟得到基波调制深度大于80%时, RKA群聚段和输出段的带宽分别为11%和15%。整管模拟时, 通过调节注入微波频率和功率, 得到最大功率1.58 GW、3 dB相对工作带宽10%、带内微波功率不小于1 GW的输出微波。     

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程:基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。     

S波段大间隙速调管放大器输出腔的3维模拟

 利用3维高频软件设计了一种用于S波段大间隙速调管的膜片加载大间隙单重入输出腔,建立了带大耦合孔的输出腔3维全结构模型,采用3维PIC程序对输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明：膜片加载的大间隙单重入输出腔开大耦合孔后,其所有谐振频点的场分布都不再是TM ₀₁₁模式,因此,在设计此类输出腔时不能以工作频点是否谐振为优化目标。提出了大间隙输出腔设计原则,根据设计原则优化后的输出腔可稳定提取1.07 GW的平均功率,提取效率约35.7%。     

W波段分布作用速调管的设计和实验研究

基于运动学理论、感应电流定理和电荷守恒定律,分析了分布作用谐振腔的渡越时间效应,推导了各个谐振腔工作于π模的电子注与微波之间的能量转换系数、电子负载电导和电子负载电纳,计算结果显示采用分布作用谐振腔有利于提高速调管的工作效率.利用三维电磁仿真软件,设计了一款工作于W波段的分布作用速调管.完成了速调管的加工和封接,搭建了测试平台,开展了相关实验研究.实验结果显示,当电子注电压20.8 kV,电流0.3 A,输入功率30 mW时,在中心频率95.37 GHz处,得到了175 W峰值脉冲输出功率,电子效率2.8%,增益34.6 dB, 3 dB带宽大于90 MHz.