140GHz大功率交错双栅行波管的设计和模拟研究

采用交错双栅结构,结合带状电子注,研究了一种工作在140 GHz频段的大功率行波管. 本振模数值计算表明该结构具有良好的色散特性和耦合阻抗.针对所采用的慢波结构, 提出了慢波过渡结构、输入输出耦合器和集中衰减器,保证了行波管的良好工作. 利用三维大信号模拟计算的方法得到的结果显示,当电子注直流功率为5.115 kW,输入信号功率为0.1 W时, 所研究的行波管能在132-152 GHz范围内提供大于300 W的峰值功率,其中在138 GHz时得到最大功率546 W, 对应增益为37.37 dB.当在0.027-0.46 W内调节输入信号功率,可以保持该行波管在128-152 GHz 频带内得到大于440 W的峰值功率,对应的电子效率大于8.6%. 结果显示该行波管将在大功率短毫米波领域具有重要意义和潜在应用价值.     

W波段交错双栅返波振荡器高频系统

将矩形交错双栅结构作为慢波电路并提出与之配套的过渡结构和输出耦合器,设计了利用带状电子注工作在W波段的返波振荡器。提出的过渡结构和耦合器解决了该类直波导型器件的信号传输衰减大、反射强等难题。相对于传统圆形电子注器件,该器件得到了较大的功率提升。利用三维粒子模拟计算的方法,在电流12 mA时通过调节工作电压,在92~98 GHz频带内得到了数W的稳定平均功率输出,信号中心频率非常接近设计频率,且单色性好,谐波分量小。     

An open-styled dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide for a millimeter wave traveling-wave tube

An open-styled dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide (ODLAP-CW) for a millimeter-wave traveling-wave tube (TWT) is proposed, which is a modified form of a dielectric-lined azimuthally periodic circular waveguide (DLAP-CW). The slow-wave characteristics of the open-styled DLAP-CW are studied by using the spatial harmonics method, which includes normalized phase velocity and interaction impedance. The complicated dispersion equations are numerically solved with MATLAB and the results are in good agreement with the simulation results obtained from HFSS. The influence of structural parameters on the RF properties is investigated based on our theory. The numerical results show that the optimal thickness of the metal rod can increase the interaction impedance, with the dielectric constant held fixed. Finally, the slow-wave characteristics and transmission properties of an open-styled structure are compared with those of the DLAP-CW. The results validate that the mode competition is eliminated in the improved structure with only a slight influence on the dispersion characteristics, which may significantly improve the stability of an open-styled DLAP-CW-based TWT, and the interaction efficiency is also improved.     

速调管离子噪声特性的模拟分析

 离子噪声已成为影响现代微波管性能的一个重要因素，采用一维混合模型研究了速调管的离子噪声，用自编的1维粒子模拟程序对速调管的离子噪声特性进行了分析。采用小信号近似，从理论上推导出了速调管离子噪声与相位畸变关系的表达式，表明微波管相位噪声直接来源于管内离子量的变化。模拟了有离子噪声时速调管的相位特性，对模拟过程做了离子诊断并与实验结果进行比较，证明了模拟过程的正确性。探讨了电子束电流、电压以及聚焦磁场对离子噪声的影响规律，束电流与束电压改变后，离子噪声的周期与大小相应改变，增大束电流，离子噪声幅度会下降，并趋于稳定，而在束电流不变的情况下，离子噪声存在一个最小值。束电流与束电压确定，存在最佳的磁场使离子噪声幅度最小。     

Dielectric effect on the rf characteristics of a helical groove travelling wave tube

A new type of partial-dielectric-loaded helical groove slow-wave structure (SWS) for millimetre wave travelling wave tube (TWT） is presented in this paper.The radio-frequency characteristics including the dispersion properties,the longitudinal electric field distribution and the beam-wave coupling impedance of this structure are analysed.The results show that the dispersion of the helical groove circuit is weakened,the phase velocity is reduced and the position of the maximum Ez is moved from the mouth to the inside of the groove after partially filling the dielectric materials in the helical groove SWS.Therefore,the dielectric-loaded helical groove SWS is suitable for a multi-beam TWT with broad band and high gain.     

考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟

采用粒子模拟的方法并考虑电子束与电磁波的相互作用，首次直接得到了速调管输出信号的离子噪声图像，阐述了束电子、二次电子、离子、电磁场之间的相互作用的动力学过程. 指出离子噪声所表现出来的相位波动是由电子束速度的波动引起的，电子束速度的变化来源于管内离子数量的变化，离子的数量的变化又与电子束状态变化相互影响，这是离子噪声产生的根本原因. 二次电子对离子噪声产生过程的影响甚微，但是其行为却反映了离子噪声的形成机理. 离子噪声引发的输出信号幅度波动取决于电子束速度和半径的改变，与离子行为密切相关. 关键词： 离子噪声 速调管 粒子模拟 电子束     

介质加载环板慢波结构高频特性研究

 提出了一种适用于环板结构的计算等效相对介电常数的方法，利用变分法导出了介质加载环板慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式。计算结果表明，介质加载能够有效降低环板慢波结构的工作电压。计算结果与CST-MWS的模拟结果吻合良好，说明所提出的计算等效相对介电常数的方法和计算色散方程的方法对环板慢波结构是切实可行的。     

介质加载折叠波导行波管的线性分析

提出了一种介质加载折叠波导慢波结构,给出了该结构中存在电子注时慢波互作用的热色散方程,在介电常数ε_r=1的特殊情况下该方程即简化为普通折叠波导的小信号工作方程.在给定慢波结构尺寸的基础上,分析比较了介质加载对放大器小信号增益特性的影响,结果表明:"弱加载"(介质厚度d/a<0.1)时,无需重新设计慢波结构的参数,只需适当调整工作电压和电流就可以满足原有设计要求,而且和未加载时相比增益特性更为平坦,降低的电子注阻抗也有利于电子效率的提高.考虑到 关键词： 折叠波导 行波管放大器 介质加载 热色散方程     

螺旋槽回旋行波管高频特性分析

 在Foulds等人对螺旋槽结构进行深入分析的基础上，考虑了槽区内高次模式对慢波结构高频特性的影响。结果表明：槽宽较小时，结论与其结论吻合较好； 槽宽较大时，计算结果与其有较大差别。此外，讨论了螺旋槽结构参数对高频特性的影响，结果表明：除槽宽外的其它结构参数固定时，存在一个最佳的δ/L值，可以获得较弱的色散和较大的横向场幅值，适合做回旋行波管互作用结构。     

矩形波导栅慢波系统的实验研究

 从实验上研究了矩形波导栅慢波系统的色散特性及其耦合装置的驻波系数，用分布加工的方法分别制作了矩形、燕尾形、梯形3种不同槽形的矩形波导栅慢波结构模型和带输入输出结构的矩形波导栅慢波结构实体模型。采用谐振法测量它们的色散特性和驻波系数，实验结果与理论计算值和模拟值吻合良好。