V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

0.14THz基模多注折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决THz行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管.首先,获得了基模多注折叠波导色散特性的等效传输线计算模型,并与数值模拟结果进行了比较;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,通过模拟和理论计算完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析.电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128—153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W.对比同条件下基模单注折叠波导行波管,3 d B带宽提升了1倍,0.14 THz处输出功率增大了9.66倍,互作用效率增大了3.22倍;当增益相同时,多注方式的互作用长度较单注缩短了33%.该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短更紧凑.     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％. 关键词： 曲折双脊波导 高频特性 注-波互作用 带宽     

螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟

通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5 mm,计算得到磁场峰值为0.17 T。为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7 W,电子效率大于14.8%,增益大于34.6 dB。     

曲折圆形槽波导慢波系统的高频特性

 对曲折圆形槽波导新型慢波系统的高频特性进行了研究，通过理论分析和数值计算，得到了它的色散曲线和耦合阻抗表达式，并分析了结构参数变化对色散特性和耦合阻抗的影响。研究表明：当周期变小时色散减弱，耦合阻抗增加；而增大直波导长度时色散变弱，但同时耦合阻抗也会下降。因此较小的周期有利于改善曲折圆形槽波导慢波电路的高频特性。鉴于这种电路的耦合阻抗较低，可以适当地减小直波导长度来提高耦合阻抗。曲折槽波导结合了曲折波导散热能力强、色散特性好、容易加工和槽波导单模工作、低损耗、大尺寸等优点，在毫米波及亚毫米波段的行波管中具有较好的发展前景。     

带状注行波管双矩形螺旋线慢波结构高频特性北大核心CSCD

针对新型螺旋线慢波结构——双矩形螺旋线慢波结构,即在金属屏蔽框内平行加载两个具有矩形横截面形状的自由螺旋线慢波结构,利用三维电磁仿真软件对其高频特性(色散特性和耦合阻抗)进行模拟研究。结果表明:在相同位置处,与单矩形螺旋线慢波结构相比,双矩形螺旋线慢波结构色散特性变化很小,却有着更高的耦合阻抗;同时,在包含这些位置的空间部分,可采用带状电子注与该慢波结构进行注波互作用,使输出功率进一步得到提高。     

变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究

为解决工作在3 mm波段及以上频段的折叠波导行波管因加工精度和功率容量的局限性, 提出了非渐变型有限变周期折叠波导慢波结构. 首先给出了这种结构能够有效增大高次空间谐波耦合阻抗的理论基础, 并导出了色散和耦合阻抗表达式; 然后进行数值计算, 给出一组优化后的设计参数, 并以此确定行波管的工作点; 最后利用MAFIA粒子模拟软件进行大信号互作用模拟, 获得有效增益. 在结构和周期都比较大的情况下, 实现了相对工作电压比较低的行波管设计. 关键词： 折叠波导 变周期 高次模式 行波管     

并行多注THz折叠波导行波管的理论分析与数值模拟

为了提高THz行波管的输出功率,通过并行多注和功率合成的方法,完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明:单束行波管在0.135～0.157THz频率区间具有很好的色散平坦度,3dB带宽为13GHz,0.14THz处获得了20.88dB的最大增益;多束合成行波管在0.14THz处获得了20.8dB的合成增益,3dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点,能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％.     

基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究

提出采用圆形电子注和双排矩形梳状慢波结构作为W波段宽频带行波管注波互作用回路. 对该慢波回路的"冷"态特性、输入输出结构等方面进行了模拟仿真和分析, 研究结果表明, 该结构色散特性较好, 带宽较宽; 通过调整双排矩形梳状慢波结构之间的距离和电子注通道半径的尺寸, 圆形电子注系统取得了和带状注系统相同的耦合阻抗; 且该结构传输特性较好, 优化后整管的驻波比能在较宽的频带内保持在2以下. 此外, 对该慢波系统的大信号理论计算和PIC粒子模拟结果一致. 在50 mW驱动功率下, 输出功率在10 GHz带宽内大于40 W, 增益高于29 dB.     

两注THz折叠波导行波结构的增益与传输特性

为了提高太赫兹行波管的输出功率,提出了多个传输信号进行功率合成的方法。首先,对D波段多注慢波结构进行设计及功分器的优化;然后,通过微铣削工艺完成了两注THz折叠波导结构的加工,加工精度满足实际设计要求;最后,利用CST软件对该结构的冷测与互作用特性进行了分析。仿真结果表明:该结构的S11值小于-20 dB,实际测试值在-20 dB左右,两者较吻合。冷测分析表明该结构具有22 GHz（16%）的冷带宽,3 dB增益带宽为12.5 GHz。在各电子注的电压、电流、峰值输入功率大小分别为15.79 kV, 12 mA, 10 mW时,单注结构获得了1.58 W的输出功率及22 dB的增益;而两路信号在互作用完成后,获得了2.91 W的合成功率输出,合成效率不低于90%。通过合成的方法可以有效提高THz行波管的输出功率。.     

S波段宽带大功率连续波耦合腔行波管3维模拟设计

 使用3维PIC粒子模拟软件定量分析了耦合腔行波管的大信号注波互作用行为。使用完整的仿真模型完成了S波段连续波管型的设计，达到如下设计指标：工作频率2.0~2.3 GHz，输出功率4.3 kW，频带内增益波动±0.7 dB。提出了使用大介电常数微扰介质棒减小耦合阻抗计算误差的方法，研究了行波管的冷腔特性，给出了色散、耦合阻抗等参数。     

Analysis of a Novel Ka-band Folded Waveguide Amplifier for Traveling-Wave Tubes

A novel Ka-band folded waveguide （FW） amplifier for traveling wave tubes （TWT） is investigated. The dispersion curve and interaction impedance are obtained and compared to the normal FW circuit by numerical simulation. The interaction impedance is higher than a normal circuit through the whole band. We also study the beamwave interaction in this novel circuit, and the nonlinear large-signal performance is analyzed by a 3-D particlein-cell code MAGIC3D. A much higher continuous-wave （CW） output power with a considerably shorter circuit compared to a normal circuit is predicted by our simulation. Moreover, the novel FW even has a broader 3-dB bandwidth. It therefore will be useful in designing a miniature but high-power and broadband millimeter-wave TWT.     

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.     

Design of a Novel Folded Waveguide for 60-GHz Traveling-Wave Tubes

The 60-GHz traveling-wave tube(TWT) prevails nowadays as the amplifier for the satellite communication and electronic countermeasures.The folded waveguide(FW) is a promising all-metal slow-wave structure(SWS)for the 60-GHz TWT with advantages of robust performance,fine heat dissipation,considerable power and bandwidth.A novel FW periodically loaded with rectangular grooves is analyzed for the purpose of gaining higher power and gain.The rf characteristics are investigated by numerical simulation,and the nonlinear largesignal performance of such a TWT is analyzed by a 3D particle-in-cell code MAGIC.Compared with normal circuits,relatively higher continuous-wave power(40-56 W) and similar bandwidth(5 GHz) are predicted by simulation.Meanwhile,the designed operation voltage is 10.5kV,which keeps the low-voltage advantage of the popular helix TWT competitor.The novel FW will favor the design of a broadband and high-power 60-GHz TWT.     

基于同轴波导的1分16功分器的设计与实验

针对高功率固态源多路功率分配技术的需要,设计并研究了一种基于同轴波导的多路功率分配器件。通过分析同轴波导传输特性与阻抗匹配理论,利用电磁仿真软件设计了一种S波段1分16功分器模型,并加工出实物进行实验测试。实验结果表明：该功分器在2.28～2.86 GHz,相对带宽约23%频率范围内,输入端反射系数S11≤-15 dB;在2.37～2.57 GHz,相对带宽约8.1%频率范围内,输入端反射系数S11≤-20 dB;输出幅度不平衡度±0.1 dB,相位不平衡度±5°。该功分器满足输出幅度与相位一致性要求,可应用于S波段百瓦级连续波功率分配。