W波段二次谐波回旋行波管放大器

采用谐波工作的回旋管互作用磁场比基波磁场降低了1/s,可降低整管磁场设计难度,具有较大的应用前景。通过对W波段二次谐波回旋行波管高频介质加载结构、模式竞争和注波互作用研究,确定了该放大器的工作参数。非线性模拟表明,当应用100 kV,20 A,α=1.2的电子注时,该回旋管可在91 GHz频率处产生465 kW的输出功率和49 dB的增益结果。并且,基于耦合波理论,讨论了一个轴对称半径微扰的TE02~TE01输出模式变换器,效率在95%以上时,其带宽达到4 GHz。     

W波段回旋行波管放大器速度零散的分析

通过包含速度零散影响的回旋行波管放大器的非线性理论模型,以W波段两段结构回旋行波管放大器为例,详细分析了速度零散对放大器电子注—波互作用的影响.模拟结果表明,通过合理地调整互作用长度,减小电子横纵速度比、调节工作磁场等方法可以有效地减小速度零散的影响,对回旋行波管放大器的优化设计提供了理论依据.     

W波段回旋行波管仿真设计与热测实验

通过软件仿真方法分析和设计了W波段回旋行波管的输入输出耦合器、磁控注入式电子枪以及高频互作用电路,根据优化结果加工了实物并进行了热测实验.实验结果表明,电子注电压60 k V,电流6 A,在94 GHz频率获得了最大峰值功率78 k W,增益53.9 d B以及21.7%的效率,峰值功率大于50 k W带宽达到3.8 GHz.PIC粒子模拟和热测实验均表明,设计的W波段回旋行波管能够稳定的工作,从而证明周期加载高频互作用电路在抑制寄生模式以及自激振荡方面具有很大的优势.     

W波段回旋行波管输出结构的优化设计*

在回旋行波管的设计过程中,输出结构性能的高低直接影响到整管增益的高低以及输出功率的大小。采用切比雪夫渐变波导作为耦合输出段,通过对轮廓线的计算程序进行改进,将中心频率作为可变量进行了修正。仿真结果表明,长度为75mm改进后的切比雪夫渐变结构不仅能抑制工作模式向杂模TE02和TE03的耦合,还能有效减少工作模式的反射。在整个工作频段内,杂模TE02和TE03的耦合系数分别低于-33dB和-65dB,TE01模的反射系数低于-20dB,TE01模的传输系数高于-0.01dB。     

W波段行波管发展评述

本文主要介绍了目前国内外W波段行波管的研究现状及所达到的技术水平,对相关的慢波电路结构、电子光学系统及相关的加工工艺进行了分析。同时还对进一步提高W波段行波管输出功率、拓宽行波管带宽、改善电子注流通和耦合装置匹配性能等技术手段进行了研究和分析。     

W波段平面集成行波管高频系统设计及验证

针对W波段平面一维阵列集成行波管设计,采用非半圆弯曲变形折叠波导慢波结构和聚焦极调制皮尔斯电子枪,基于CST、MTSS和Opera软件优化设计了集成行波管高频系统和电子光学系统,实现了W波段低电压小电流工作的低功率行波管设计,通过周期永磁(PPM)聚焦系统制管验证了高频系统和电子枪设计的合理性。测试结果表明,行波管在工作电压12.62 kV,工作电流31.6 mA条件下,输出功率大于10 W的带宽达到5 GHz,增益优于28 dB,总效率优于10%,测试结果与设计结果具有较好一致性,为W波段行波管实现阵列集成提供技术支撑。     

W波段回旋行波管新型曲线阴极磁控注入电子枪优化设计

设计了采用新型曲线阴极结构的W波段双阳极磁控注入电子枪,手动优化得到的电子注参数在速度比1.1时,纵向速度零散为1.84%.为了克服手动优化方法的繁琐和低效,引入了数值计算方法的优化策略,编制了基于MATLAB语言的遗传算法和模拟退火算法的优化程序,并结合二维电子光学软件EGUN对该W波段曲线阴极结构电子枪进行优化,优化得到的电子枪在保证电子注速度比1.1的情况下,纵向速度零散分别达到了0.81%和1.05%.与手动优化方法相比,数值优化方法不需要设计者干预优化过程,具有自动高效的特点,且优化结果更好.     

W波段回旋行波管电子枪热分析

利用有限元软件ANSYS对W波段回旋行波管电子枪进行了热应力分析.在给定热子功率下对阴极组件的温度场分布和热形变分布进行了模拟,并通过实验进行验证.测试的温度分布基本与模拟结果基本一致.最后,利用EGUN软件对电子枪形变前后进行了模拟.     

W波段宽带螺旋线行波管设计

提出了W波段螺旋线宽带行波管(TWT)设计方案,论述了高频系统、电子光学系统以及输能系统的计算与模拟。结果表明在80 GHz~100 GHz的范围内,能够得到大于15 W的输出功率,为开展W波段低电压螺旋线行波管的研制工作提供了依据。     

3mm回旋行波管高频窗的设计

利用等效电路理论和网络传输矩阵理论设计出了可承受平均功率10kW以上的3mm回旋行波管的输入输出窗。并用三维高频结构仿真软件HFSS和CST-MW S模拟结果与数值计算结果进行了比较,三者吻合得很好。在W波段驻波系数小于1.2的情况下,得到盒型窗输出带宽12.4GHz(13.2%);三层介质矩形窗输出带宽为18.8GHz(20%)。本文所推导的理论结果可直接运用于更高频段高频窗的设计中。     

W波段三倍频器的设计与仿真

分析了平衡倍频器的工作原理和结构,并使用商用肖特基势垒二极管DBES105a设计一个W波段宽带三倍频器。电路采用微带线制作,并安装在波导中。倍频器电路的波导微带过渡结构、低通滤波器和匹配枝节均使用电磁场分析软件HFSS仿真。最后在ADS中利用谐波平衡法对倍频器电路进行优化。仿真结果表明,当输入功率为20 dBm时,在80 GHz～100 GHz范围内,输出功率十分平稳,约为5 dBm。     

W波段大功率发射机的设计与研究

毫米波雷达对云、雾、降水的形成与发展等微物理过程的探测具有明显的优势,是认识气象物理过程的重要手段。介绍了用于云雨探测雷达的W波段大功率发射机的设计方法与过程,该发射机采用分布作用速调管(EIK)作为末级放大器,介绍了EIK的工作原理、特点及应用要求,重点对发射机的聚焦极脉冲调制器、高压电源的工程实现进行了分析,高压电源采用电容钳位移相逆变器,具有快速响应及良好的稳压性能,对控制电路的实现及其功能进行了介绍,最终给出了W波段发射机的样机研制及测试结果。     

W波段集成化收发组件设计北大核心CSCD

基于混合微波集成电路技术(HMIC)设计了一种W波段小型化高频收发组件。该收发组件由固态发射机、环形器和接收机三部分组成。发射支路输入信号经过倍频放大后进入二选一开关,输出到天线自检口或经由环形器输出。为了实现高输出功率,该组件采用功率合成的设计思想,通过3 dB波导桥结构实现对两路功放的合成,解决了单个单片功率放大器的输出功率有限的问题。所设计的收发组件整体尺寸为125 mm×90 mm×26.5 mm。实测结果表明,在90~96 GHz工作频带范围内,遥测电压4.23 V。该收发组件的发射部分输出功率范围为33.6~35.4 dBm,开关隔离度大于110 dB;接收部分增益范围为30.2~33 dB,噪声系数小于6.5 dB。该组件具备良好的射频性能,同时实现了高集成度、大功率、高增益、高隔离度的要求。     

W波段功率合成六倍频源

通过倍频方法和功率合成方法设计了W波段六倍频源,将Ku或K波段信号倍频至W波段。信号经过Ka波段二倍频、巴仑、有源放大后,输出两路信号功率约为25 dBm,以此推动变容肖特基二极管进行三倍频,并进行功率合成输出。为了抑制偶次谐波和提高输出功率,二极管使用了反向并联平衡电路结构。该六倍频源在90-115 GHz 输出范围内输出功率大于12 dBm、最大输出功率为13.8 dBm、功率平坦度为1.2 dB。该模块提出了W波段源的产生方法,为今后设计W波段TR组件发射源提供了参考价值。     

高灵敏度单片集成W 波段功率检波器*

介绍了一款高灵敏度W 波段功率检波器芯片的设计及其封装测试结果。该检波器电路采用标准0. 1 μm GaAs pHEMT 工艺设计加工制造完成。封装测试结果显示,当射频输入信号功率为-15dBm 时,检波电路在90 ~ 95GHz 频率范围内的电压灵敏度大于6000mV/ mW。该电路具有很好的宽带特性,可以工作在86 ~ 100GHz 频率范 围内,几乎覆盖了W 波段的所有常用频率。此外,该检波器电路芯片结构紧凑,面积仅为2×1mm² ,适合高密度的射 频前端集成。     

W波段返波振荡器电子光学系统的设计与模拟

本文对W波段返波振荡器的电子光学系统进行了设计和模拟研究,软件模拟结果显示在W波段电子枪的工作电流为12 mA;设计了特殊的磁场结构,使系统磁场在长为80 mm的范围内为0.63 T.研究工作为W波段返波振荡器的研制打下了基础.     

高功率毫米波回旋器件实验研究

介质加载是解决回旋行波管振荡一个较好的方法,本文利用这种结构在Ka波段回旋行波管的实验中利用这种结构在工作模式TE01,加速电压66 kV,电子注电流13A得到了293 kW的峰值输出功率,最大增益56 dB,效率34.2％,3 dB带宽2.1 GHz的结果;介绍了W波段回旋行波管、回旋振荡管、Q波段回旋行波管的实验情况.     

W 波段串馈微带贴片阵列天线设计

通过采用微带传输线模型进行分析,设计了W 波段微带串馈微带贴片阵列天线,并用幅度加权实现方向图副 瓣控制。而该微带天线具有体积小、重量轻、结构简单、制作简单等诸多优点,从而使该天线在W 波段具有加工可实 现性高、成本低的优点。     

具有高稳定性的超高增益回旋行波管放大器

该文结合线性理论和自洽非线性理论对Ka波段TE11模超高增益回旋行波管放大器的稳定性进行了研究。 研究揭示了回旋行波管中前向波绝对不稳定性和返向波振荡之间的区别,以及分布损耗技术对这两种自激振荡的抑制作用,并首次提出通过渐变磁场技术来提高系统的稳定性。基于该分析方法设计的Ka波段超高增益回旋行波管,采用电压100 kV,电流7 A,速度零散5％的电子注,获得了-1 dB的饱和功率带宽约5 GHz,最高增益约80 dB。