Ka波段耦合腔行波管放大器设计

由于Ka波段耦合腔行波管放大器设计技术取得了较大的发展,已经可以满足军用雷达的严格要求,这种设计技术也受到更多的关注.这里简要介绍Ka波段耦合腔行波管放大器的设计技术.通过介绍Ka波段耦合腔行波管放大器的基本组成、工作原理及设计中仿真工具的运用来说明这种设计技术.用这种设计技术成功设计出了多种耦合腔行波管放大器,在功率和体积方面突破了原有的Ka波段固态和螺旋线行波管放大器的局限,取得了明显的进步.Ka波段耦合腔行波管放大器的设计技术经过实践验证,在输出功率、带宽及重量方面已经取得了重大突破,满足了现代军用雷达的需求.     

行波管中多级降压收集极效率评估的研究

在行波管中,多级降压收集极(MDC)效率由于其与总效率的关系密切而显得非常重要. 而在设计MDC之前对其效率和行波管的总效率进行准确的评估可以把握管子的整体性能, 并为相关软件的开发提供理论指导,因而对MDC的优化和行波管总效率的提高具有十分重要的意义. 虽然Kosmahl在1980年就给出了MDC的效率评估公式,但其预测值比实测值偏高较多, 因而需要更为准确的评估公式.本文首先引入耗散公差的概念, 然后建立作用完电子注等差三角能量分布模型推导了MDC效率评估的公式,与Kosmahl给出的预测相比, 新公式的估计结果更接近实测值.最后根据MDC效率最高和各个电极上耗散能量最低这两个极值条件, 给出了MDC最佳电极级数的选取公式,其预测结果合理而且准确.     

W波段回旋行波管收集极热可靠性设计

利用粒子模拟软件和热分析软件,对W波段回旋行波管收集极区的电子轨迹和热分布进行了仿真计算。通过对收集极磁场参数的优化,调节了收集极区的电子分布,使得电子轰击区域从17.05cm2增加到28.52cm2,提高了67%,从而降低了单位面积的功率密度。通过对收集极内壁热分布的仿真分析,确定了1kW/cm2的功率密度及1.12L/s的冷却水流量,以确保收集极内壁温度低于材料熔点,不会产生物理损坏,使得收集极能够稳定工作,保证了管子的工作稳定性。通过热仿真计算验证了优化方案的可行性,并已应用于实际。     

行波管收集极的热分析

随着行波管的大功率小型化,收集极的温度分布和采用的散热手段对行波管的正常工作有很大影响。利用ANSYS软件对行波管收集极的散热问题进行详细的模拟计算,分析比较了不同热流加载方式对收集极温度分布的影响。采用均匀热流加载定性地比较计算了自然冷却、风冷、单层水套和双层水套等不同散热条件下收集极的热耗散功率,计算结果与经验值一致,说明了所用模型和方法的正确性。模拟分析为行波管收集极的散热方案优化设计提供有效的参考依据和手段。     

行波管收集极的热分析

 随着行波管的大功率小型化,收集极的温度分布和采用的散热手段对行波管的正常工作有很大影响。利用ANSYS软件对行波管收集极的散热问题进行详细的模拟计算,分析比较了不同热流加载方式对收集极温度分布的影响。采用均匀热流加载定性地比较计算了自然冷却、风冷、单层水套和双层水套等不同散热条件下收集极的热耗散功率,计算结果与经验值一致,说明了所用模型和方法的正确性。模拟分析为行波管收集极的散热方案优化设计提供有效的参考依据和手段。     

多注毫米波行波管收集极的热设计

为解决多注毫米波行波管收集极的散热问题,保障行波管工作可靠性与稳定性,利用 ANSYS 有限元软件模拟分析了收集极的传热特性,针对性地调整和优化了收集极相关参数与结构。研究结果表明：接触热阻是造成收集极具有较高温升的一个重要因素,由接触热阻所造成的温升约占收集极内外温度差的1/3;并不是第二电极与磁环接触宽度越宽所对应的收集极散热能力就越强,而是在一定工作条件下其散热能力存在极限值;对于绝缘陶瓷材料,应根据绝缘陶瓷的温度特性以及行波管的功率大小来进行选择;翼片式散热器是一种符合设计要求的理想散热结构。     

回旋行波管收集极的热分析

为解决回旋管行波管收集极的散热问题,保障回旋行波管工作的可靠性和稳定性,利用CST电子仿真软件模拟出电子在回旋行波管中的运动轨迹,并因此确定了进入收集极的电子注的初始条件。利用ANSYS有限元软件对回旋行波管收集极的散热特性进行详细的模拟计算,分析比较了不同热流密度加载方式对收集极温度分布的影响。采用非均匀热流加载方式探究了水温和流速对收集极温度的影响,并对收集极的散热翼片的数目和尺寸进行了优化,最终得出了比较理想的结构。模拟结果优于经验值,说明了所用模型和方法的正确性。     

多注毫米波行波管收集极的热设计

 为解决多注毫米波行波管收集极的散热问题,保障行波管工作可靠性与稳定性,利用 ANSYS 有限元软件模拟分析了收集极的传热特性,针对性地调整和优化了收集极相关参数与结构。研究结果表明：接触热阻是造成收集极具有较高温升的一个重要因素,由接触热阻所造成的温升约占收集极内外温度差的1/3;并不是第二电极与磁环接触宽度越宽所对应的收集极散热能力就越强,而是在一定工作条件下其散热能力存在极限值;对于绝缘陶瓷材料,应根据绝缘陶瓷的温度特性以及行波管的功率大小来进行选择;翼片式散热器是一种符合设计要求的理想散热结构。     

回旋行波管收集极的热分析

为解决回旋管行波管收集极的散热问题,保障回旋行波管工作的可靠性和稳定性,利用CST电子仿真软件模拟出电子在回旋行波管中的运动轨迹,并因此确定了进入收集极的电子注的初始条件。利用ANSYS有限元软件对回旋行波管收集极的散热特性进行详细的模拟计算,分析比较了不同热流密度加载方式对收集极温度分布的影响。采用非均匀热流加载方式探究了水温和流速对收集极温度的影响,并对收集极的散热翼片的数目和尺寸进行了优化,最终得出了比较理想的结构。模拟结果优于经验值,说明了所用模型和方法的正确性。     

Ka波段分布作用速调管降压收集极设计

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管（EIK）降压收集极的设计方案,包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究,收集极初始条件、结构及电极电压的设计,给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟（PIC）计算结果表明,该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%,采用两级降压收集极时回收效率为68.8%,EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%,表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。     

空间行波管收集极的热特性分析

利用有限元方法对一Ku波段空间行波管收集极的热特性进行了模拟计算,得到了收集极的温度分布图。分析比较了接触热阻和热辐射对热特性的影响,结果表明接触热阻明显地阻碍了热量的散失,使收集极整体温度有一定上升,而热辐射在使收集极各部分温度降低的同时,使温度分布更均匀。运用间接法进行了热-应力耦合分析,得到了收集极的位移场分布等值线图,进而确定该收集极采用的结构在热形变方面满足散热要求;并对在轴向加矩形翅片和在径向加圆形翅片两种散热方案进行了分析,得到了各自的优缺点,为散热方案的选择提供了依据,从而可以更好地提高散热效率。     

0.22 THz折叠波导行波管部件设计与加工

以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22 THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计要求的高精度零件加工和组装焊接样品。     

0.22 THz折叠波导行波管部件设计与加工

以理论推导和三维模拟仿真设计为基础,设计优化了0.22 THz折叠波导行波管电子枪、慢波结构、永磁聚焦系统、输入/输出结构、收集极等部分,并结合大量的工艺实验,探索和研究了各种精密加工方法和组装焊接工艺,最后完成了符合这些部分设计要求的高精度零件加工和组装焊接样品。     

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。     

毫米波静电聚焦行波管电子光学系统的设计

介绍了静电聚焦方式在毫米波行波管中的独特优势,分析了周期静电聚焦场的建立方法。基于某Ka波段行波管,首先根据指标要求设计了强流电子枪并选择类梳齿状结构作为其慢波电路,然后对电子枪和类梳齿状慢波电路组成的电子光学系统进行了模拟计算,最后对慢波电路的关键尺寸进行了容差分析。结果显示,在周期静电场的作用下,电子注全部平稳地通过了慢波系统。良好的静态通过率为后续高效率的注-波互作用奠定了基础,证明了利用静电场聚焦毫米波行波管中大电流密度电子注的可行性。     

毫米波静电聚焦行波管电子光学系统的设计

介绍了静电聚焦方式在毫米波行波管中的独特优势,分析了周期静电聚焦场的建立方法。基于某Ka波段行波管,首先根据指标要求设计了强流电子枪并选择类梳齿状结构作为其慢波电路,然后对电子枪和类梳齿状慢波电路组成的电子光学系统进行了模拟计算,最后对慢波电路的关键尺寸进行了容差分析。结果显示,在周期静电场的作用下,电子注全部平稳地通过了慢波系统。良好的静态通过率为后续高效率的注-波互作用奠定了基础,证明了利用静电场聚焦毫米波行波管中大电流密度电子注的可行性。     

小型化行波管灯丝电源设计

综述了行波管灯丝基本工作过程及其对电源的特殊要求,分析了行波管灯丝负载基本特性,对灯丝电源设计的特殊性及问题进行了深入细致分析,通过对Topswitch系列控制芯片的性能特点分析,设计了以反激变换器为主电路的灯丝电源。根据灯丝启动特点及其对电源稳定性基本要求设计了高精度反馈电路与限流电路。通过Pspice仿真、样机实验及例行试验测试,验证了理论分析及设计的合理性与可行性,仿真与测试结果表明电源主电路、反馈电路及限流电路能够很好地满足行波管灯丝对电源的各项指标要求。