X波段大功率耦合腔行波管3维粒子模拟

 为提高行波管的增益和输出波形的稳定性,开展了带高频切断X波段大功率耦合腔行波管的研究工作。以点频7.2 GHz为例,对X波段耦合腔行波管的大信号注波互作用过程进行了3维粒子模拟,该行波管包含一处高频切断及两处微波集中衰减器。数值模拟结果表明：行波管腔数为40、电子束电压为17 kV、电流为0.8 A时,可获得2.0 kW的微波输出功率,增益达23 dB,电子效率达14.7%。     

多注速调管放大器的自适应均衡器研制*

 多注速调管放大器对激励功率有十分苛刻的要求。文章提出了采用可编程控制器研制自适应均衡器的方法，自适应均衡器根据速调管输出微波峰值功率大小自动控制电调衰减器，从而达到控制速调管激励功率的目的。它可以克服信号电平、行波管增益、线路衰减与速调管特性诸多因素的影响，保证速调管始终工作在最佳激励状态，获得最大的功率输出。     

0.22 THz高效率行波管的互作用计算

利用CST Microwave Studio 计算双排矩形梳状慢波结构的色散并据此确定了0.22 THz左右频段（D波段）行波管用慢波结构的尺寸参数。将相速再同步技术应用于基于双排矩形梳状慢波结构的D波段行波管中,用CST PIC模拟计算了4例具有不同周期构型的D波段行波管。结果证实:对于无集中衰减器的D波段行波管,在218~232 GHz范围内,相速再同步技术使得输出功率从10~13 W提高到19~28 W,电子效率从1.4%~2.2%提高到2.6%~3.9%;对于具有集中衰减器D波段行波管,在218~232 GHz范围内,相速再同步技术使得输出功率从8~16.8 W提高到32~41 W,电子效率从1.5%~2.8%提高到4.4%~5.7%。此外,无论行波管有无集中衰减器,相速再同步技术都明显改善了行波管的增益平坦度。     

传输矩阵法在行波管内部反射引起的增益波动计算中的应用

本文分析了由于行波管慢波结构制造误差引入的多个不连续点对小信号增益的影响.行波管内部反射对增益波动的影响,须采用考虑反射波的四阶模型进行分析,用传输矩阵法对节点处的自左至右入射和自右至左入射两种散射类型建立传输矩阵,研究在不同空间电荷参量下,慢波电路的单个反射节点以及慢波电路的皮尔斯速度参量b和增益参量C的多个随机分布不连续性对行波管小信号增益的影响,计算结果与Chernin模型具有很好的一致性.并以G波段行波管为例分析了慢波结构周期长度分布有两个不连续点和周期长度的多个随机分布不连续性带来的小信号增益波动.结果表明,制造误差越大,周期长度分布的两个不连续点相距越远,小信号增益波动越大,多个小的不连续性可以引起较大的增益波动.     

慢同步波行波管特性研究

 在传统行波管的放大过程中，随着电子纵向群聚的加深，由于空间电荷效应导致的非线性效应，影响了行波管的输出性能。介绍了一种新型的行波管并分析了其作用机理，分析了这种新型行波管慢波系统的结构及其色散特性，讨论了T形齿结构和梯形齿结构慢波系统几何尺寸对工作性能的影响。通过圆极化行波的高频横向电场调制电子束，导致电子束在空间的扭转，使得电子在放大过程中没有经过纵向群聚而处于减速场中，消除了非线性效应，提高了行波管的输出性能。     

行波管中二次谐波注入对三阶互调的抑制

 利用Christine 1维多信号非线性互作用物理模型,对螺旋线行波管中注入二次谐波后三阶互调的输出进行了模拟。模拟结果表明：在螺旋线大功率行波管中,通过二次谐波注入能有效地抑制三阶互调输出,从而降低了行波管的非线性输出,并存在最佳的注入功率和相位条件,使三阶互调可被抑制到最低。介绍了二次谐波注入抑制三阶互调的实验研究,并与模拟结果进行了比较,两者基本一致。     

W波段二次谐波回旋行波管放大器的模拟与设计

回旋行波管放大器是一种具有高功率、高频率、宽带宽的毫米波放大器，TE₀₂模二次谐波回旋行波管放大器在保持基波回旋行波管放大器的基础上极大地减小了工作磁场,从而具有广阔的应用前景. 利用两段分布式损耗的互作用结构，有效抑制了绝对不稳定性和回旋返波振荡,避免了模式互作用电路引起的模式畸变，提高了输出功率，在一定程度上克服了谐波互作用较弱的缺点，满足了扩展功率容量和放大器长时间稳定工作的要求. 非线性模拟结果和粒子模型(particle in cell)模拟结果均表明，在工作电压为100k 关键词： W波段 二次谐波 回旋行波管放大器     

2～18 GHz超宽带行波管慢波结构及互作用研究

为满足现代信息化战争对超宽带行波管的需求,对2～18 GHz超宽带行波管的高频慢波结构进行了研究分析。在传统宽带行波管的基础上引入非翼片加载段的正常色散特性,首次实现2～18 GHz 超宽带高频慢波结构设计,最大带宽达到9∶1。同时输出端螺旋线螺距调整为正渐变分布,能够进一步优化低频段二次谐波抑制比,提高高频段饱和输出功率。结果表明,全频带的基波输出功率达到100 W,二次谐波抑制比优于?3 dBc,2 GHz频点二次谐波抑制比优于?5 dBc,为超宽带大功率器件的设计提供了理论基础。     

低增益kW级mm波螺旋线行波管高频结构设计

根据固态器件的发展和返波振荡抑制的特点,针对kW级mm波螺旋线行波管设计了低增益高频结构,通过切断、螺距渐变和添加衰减器的方式对返波振荡进行了抑制。通过微波仿真软件对其色散特性、耦合阻抗特性进行了模拟计算;通过三维大信号注波互作用计算软件进行了注波互作用计算与优化,并使用粒子模拟(PIC)软件进行了计算。结果显示,在频带29~31GHz范围内,输出功率达到1002 W,增益大于21dB,电子效率大于16.8%,返波振荡得到抑制。     

T/R双模微波功率模块技术及其应用

微波功率模块（MPM）是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件,具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点,它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展,这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式,也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式,针对这一需求,结合电子系统收发共孔径的要求,提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管,基于三端口双向T/R行波管,通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口,实现行波管的信号反向接收功能;通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔,特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。     

Phase locking of short-pulse Q-switched lasers

The effects of frequency mismatch on phase locking of two passively Q-switched lasers have been studied. Stable phase locking with a high degree of spatial coherence can be obtained for frequency mismatches that are less than the spectral linewidth of the laser pulses. As the frequency mismatch increases, the transition from the phase locked to the unlocked states is characterized by a gradual loss of coincidence of the pulses from the individual elements and a reduction in the fringe contrast in the combined laser beam. An explanation for observed phenomena based on the dynamics of the transverse modes of the laser array is provided.     

Experimental results from a tandem BWO-TWT system used to generatehigh-power microwaves

A relativistic backward wave oscillator (BWO) in tandem with a traveling wave tube (TWT) amplifier has been used to generate relatively long pulses of high-power X-band microwaves. In these experiments, a BWO is used to modulate the annular relativistic electron beam, which subsequently drives a TWT producing high-power microwave radiation. A special RF sever located between the two structures cuts off microwaves generated in the BWO from the TWT. Peak powers in excess of 100 MW are observed with overall beam-to-microwave efficiencies as high as 35%. By operating the BWO below saturation levels, pulse-shortening effects are minimized so that microwave pulses of duration comparable to that of the beam (100 ns) are possible. The operating frequency of the tandem system is tuned from 11 to 12 GHz by varying the effective energy of the beam     

行波管多信号非线性注波互作用的网络并行计算

 把网络并行计算技术应用于微波管的研究领域，提出了用于计算2.5维行波管多信号非线性注波互作用的基于TCP/IP协议的网络并行计算模型，编写了模拟行波管多信号非线性注波互作用过程的网络并行计算程序，其可在工作站和微机组成的计算机网络环境中实现并行计算。计算结果表明，该网络并行算法能够有效地减少行波管多信号非线性注波互作用的计算时间，提高工作效率。     

基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方法

提出了一种基于纠缠见证的路径纠缠微波信号检测方法.路径纠缠微波是微波频段上的连续变量纠缠,介绍了利用微波压缩态和微波分束器制备路径纠缠微波的方法.根据部分转置正定判据以及2?2纠缠态密度矩阵的部分转置具有负本征值的性质,分别对常见的两种2?2纠缠进行了纠缠见证算符的构造,用于对两路信号是否为纠缠态进行判定.将连续变量纠缠的路径纠缠微波分解为大量2?2纠缠子系统叠加的纠缠态,证明其能够利用所构造的2?2纠缠见证算符来检测路径纠缠微波.同时分析了微波分束器的作用,并利用微波分束器设计了一种用于检测路径纠缠微波信号的实验方案,并在理论上分析了纠缠检测所得到的结果.结果表明,该方法能够有效检测路径纠缠微波信号,降低了检测的复杂度和计算量.本文的研究为纠缠微波的检测提供了思路.     

双渐变螺旋线慢波结构参数分析及优化

 双渐变螺旋线慢波结构是空间行波管中使用最广的慢波结构之一。利用Christine大信号程序对该慢波结构各部分长度和螺距对行波管效率以及增益的影响进行了分析。结果显示:增益和电子效率与慢波结构长度成正比,且输入端的长度对增益影响最大;电子效率对相速增加段的螺距的变化最为敏感。根据分析结果,通过增加输入端长度,加大相速增加段的螺距,同时减小相速减小段的螺距进行优化。优化后,电子效率由35.4%提高至36.8%,增益由54.6 dB增加至56.2 dB。     

铁电阴极相对论行波管初步研究

 研究了铁电材料的电子发射特性，根据实验和数值模拟结果给出了铁电发射特性的定性解释，并指出目前的几种铁电发射理论都不足以完备地解释各种实验现象。设计了Pierce型铁电阴极电子枪，实现了束流的二级压缩，其总束流大于100 A。在此基础上，分析和设计了具有盘荷波导慢波结构的相对论行波管，得到了带宽500 MHz，增益约25 dB的X波段行波放大输出。     

幅相一致行波管非线性理论与计算机模拟

 采用谐波互作用的行波管二维大信号非线性理论，建立了高频电路结构和外部工作条件零散模型，对影响增益、相位频率特性的主要因素进行了理论分析和数值计算，开发了可动态实时显示行波管工作状态的可视化科学计算软件，并利用该软件全面地分析了某管型的幅相一致特性，为新近研制的幅相一致行波管提供了很有价值的计算结果。     

螺旋线行波管电子效率改善的数值模拟

 运用全电磁2.5维粒子模拟软件MAGIC和3维高频结构仿真软件HFSS，模拟仿真了正-负双跳变慢波结构对螺旋线行波管电子效率的改善，从慢波系统高频参量、非同步参量、增益参量和电子注相位等角度进行了讨论。设计并加工了一支采用双跳变结构的螺旋线行波管，实测结果表明：采用双跳变结构后可将电子效率从19%提高到29%；模拟仿真方法得到的平均相对误差为5%左右。     

内开槽矩形波导栅慢波电路高频特性的数值分析

 介绍了用德国CST公司提供的MWS 4.2软件模拟计算色散特性和耦合阻抗的理论方法，对内开槽矩形波导栅结构的高频特性进行了数值模拟。结果表明：在传统矩形波导栅结构的基础上，开槽后的矩形波导栅结构比开槽前的相速更低，用作行波管的慢波结构时，可降低工作电压，工艺上容易实现，而且耦合阻抗均在45 W以上，满足毫米波行波管的要求；在内开槽宽度一定的前提下，槽深、栅间距和栅周期的增大对降低系统相速有利。     

Pulse shortening causes in high power BWO and TWT microwave sources

Pulse shortening, an effect where the microwave output power from a high-power tube terminates or significantly degrades well before the end of the electron beam pulse, severely limits the energy per pulse and average power capability of many high power microwave (HPM) sources. The cause of pulse shortening varies from device to device, and different causes can simultaneously contribute to the observed power reduction behavior which tends to obscure the underlying mechanisms and possible solutions. In this paper, we show a variety of experimental situations that lead to pulse shortening in HPM sources. The mechanisms of the different pulse shortening triggers are examined in detail in high-vacuum traveling wave tubes (TWT) and plasma-filled backward-wave oscillators (BWO). We find that there are many different causes of pulse shortening such as arcing, mode competition, beam instability, etc. However, the most commonly observed situation that leads to pulse shortening is the combination of sufficiently high power electron beams and poor vacuum conditions that lead to plasma generation. The presence of plasma significantly modifies the beam coupling to the circuit, which can affect the microwave production efficiency on very short time scales. The situations lending to pulse shortening and possible solutions are presented