脊波导在速调管输出组件中的应用

在新型L波段多注速调管的研制中,为了降低电磁聚焦系统的设计难度,需要减小输出波导的截面尺寸。为此,提出了在速调管输出组件中应用脊波导的方案。针对该型速调管的要求,设计了完整的脊波导输出组件并进行验证。计算结果表明,这种采用了脊波导的速调管输出组件,能够在10%的带宽内达到1.2以下的驻波比,理论功率容量达到490 MW。采用了该方案的组件尺寸紧凑,加工方便,调试容易。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

 研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

场分析法与阻抗叠加方法在速调管输出腔间隙阻抗计算中的应用

 从分析速调管输出回路的电磁场分量入手,结合微波电路理论,提出了计算速调管输出回路间隙阻抗的场分析法。对于在谐振模式交叠频带上,群聚电子束电流同时与各模式的阻抗相作用,总阻抗是各模式阻抗的代数叠加的情况,提出了阻抗叠加方法。该方法原则上可求解任意给定间隙电阻所对应的间隙电抗值。计算表明,场分析法与等效间隙阻抗法计算结果最大相对误差为1.5％,阻抗叠加方法计算结果与冷测数据最大相对误差为10％。分析表明,多个谐振模式的引进是速调管输出腔加载滤波器展宽频带的物理实质。     

场分析法与阻抗叠加方法在速调管输出腔间隙阻抗计算中的应用

从分析速调管输出回路的电磁场分量入手,结合微波电路理论,提出了计算速调管输出回路间隙阻抗的场分析法。对于在谐振模式交叠频带上,群聚电子束电流同时与各模式的阻抗相作用,总阻抗是各模式阻抗的代数叠加的情况,提出了阻抗叠加方法。该方法原则上可求解任意给定间隙电阻所对应的间隙电抗值。计算表明,场分析法与等效间隙阻抗法计算结果最大相对误差为1.5％,阻抗叠加方法计算结果与冷测数据最大相对误差为10％。分析表明,多个谐振模式的引进是速调管输出腔加载滤波器展宽频带的物理实质。     

宽带相对论速调管放大器模拟设计

设计了一种用于S波段、工作带宽10%的相对论速调管放大器结构。该宽带管采用多间隙输入腔、两个中间腔和重叠模双间隙输出腔来拓展相对论速调管放大器(RKA)群聚段和输出段的带宽, 模拟得到基波调制深度大于80%时, RKA群聚段和输出段的带宽分别为11%和15%。整管模拟时, 通过调节注入微波频率和功率, 得到最大功率1.58 GW、3 dB相对工作带宽10%、带内微波功率不小于1 GW的输出微波。     

宽带相对论速调管放大器模拟设计

设计了一种用于S波段、工作带宽10%的相对论速调管放大器结构。该宽带管采用多间隙输入腔、两个中间腔和重叠模双间隙输出腔来拓展相对论速调管放大器(RKA)群聚段和输出段的带宽, 模拟得到基波调制深度大于80%时, RKA群聚段和输出段的带宽分别为11%和15%。整管模拟时, 通过调节注入微波频率和功率, 得到最大功率1.58 GW、3 dB相对工作带宽10%、带内微波功率不小于1 GW的输出微波。     

高功率高效率速调管输出耦合器的优化与设计

输出耦合器作为速调管关键部件,其性能直接关系到速调管的整体表现。然而,耦合器故障却是速调管及多种真空电子设备中最为常见的问题之一,特别是在高连续波功率运行场景下,这一问题更为突出。针对连续波650 MHz/800 kW高效率速调管,对输出耦合器进行优化设计,并在单注和多注速调管耦合器测试方面取得了重要突破：单注速调管输出耦合器在连续波模式下的测试功率已达到690 kW以上,为了进一步增加功率容量,采用T-bar结构过渡,并对耦合器进行优化设计,使陶瓷附近电场分布更均匀;而多注速调管矩形波导窗输出耦合器最高测试功率达到全驻波115 kW。此外,通过对耦合器的结构、材料以及散热方式进行分析与优化,积极探索提升耦合器功率容量的多种可能途径,进一步增强了速调管的稳定性和可靠性。     

C波段50 MW行波输出速调管设计

设计了导流系数1.53 P的电子枪,枪内场强低于22.1 kV/mm,阴极平均负载小于6.3 A/cm2;采用部分屏蔽流均匀场电磁聚焦系统,实现了对电子注的良好聚焦;设计了C波段/2模盘荷波导行波输出结构,采用CST软件对其色散特性、耦合阻抗进行了计算分析。首先以单间隙输出腔代替行波输出结构对5腔注-波互作用系统进行计算,确定了前4腔的设计参数,然后采用PIC模拟软件对具有盘荷波导结构的输出系统进行了三维模拟,获得了大于50 MW的输出功率,效率大于45%,饱和增益大于50 dB,盘荷波导结构间隙电压比单间隙输出腔下降30%,效率提高4%。     

速调管双间隙双耦合口输出结构

基于等效电路理论,提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件,设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后,将两者的阻抗频率特性进行比较,通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸,可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。     

W波段带状注速调管准光输出结构改进设计

本文使用等效偶极子理论和相位叠加原理对准光输出结构进行了理论分析, 并在此基础上对准光渐变输出结构进行了一系列的改进设计, 通过对冷腔特性包括特性阻抗、耦合系数、有载Q值、模式分布均匀性等方面的详细研究, 发现抛物线渐变准光输出腔相比于直线渐变、三角形渐变和切比雪夫渐变结构具有更好的冷场性质, 对改善带状注速调放大器的互作用效率和工作带宽有一定的优势. 在此设计基础上加工了5间隙直线渐变结构准光输出耦合器.关键词：W波段带状注速调管准光输出结构     

用场分析法求解速调管输出回路特性参数

为解决速调管输出回路特性参数计算时遇到的困难,结合场分析的手段和3维电磁场模拟计算软件ISFEL3D后处理部分,提出了场分析法。理论分析表明,场分析法可用于计算单注单间隙、多注单间隙、单注多间隙和多注多间隙等各种速调管输出回路的谐振频率、间隙阻抗实部和外观品质因数等特性参数。通过对单注单间隙速调管输出回路的举例计算表明,场分析法的计算结果与反射相位法和等效间隙阻抗法的计算结果吻合较好,初步证实了该方法的可操作性和理论推导的正确性。     

相对论速调管三轴提取腔的分析与设计

分析了同轴漂移管中电子束的空间电荷限制流和能量分布,为了降低S波段相对论速调管放大器(RKA)中电子束空间电荷效应及势能,提高RKA的束波转换效率,提出了三轴结构的输出腔,理论分析RKA的束波转换效率达到36%,比同轴提取腔的束波转换效率提高了9个百分点. 采用数值计算程序设计了三轴提取腔,粒子模拟了S波段RKA的微波提取,取得了与理论分析一致的结果. 采用590kV/5kA的空心电子束,经过预调制腔和群聚腔等两个腔的调制后,采用三轴提取腔提取微波,得到了约1.0GW的微波功率,效率35%. 理论研究结果与实验结果吻合得较好. 关键词：相对论速调管放大器三轴提取腔空间电荷限制流     

相对论速调管放大器双间隙输出腔的粒子模拟

用3维PIC程序对S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔内的微波提取情况进行了模拟,给出了产生微波的详细物理图像。模拟结果表明：采用双间隙输出腔能增加束波互作用长度,使提取到的微波功率和效率得到提高。模拟得到了输出微波功率随直流渡越角、随电子束外径与漂移管之间的距离、随基波调制深度以及耦合孔径向间距变化的规律。在电子束压580 kV、束流4 kA、基波调制深度80%、引导磁场1.5 T的条件下,模拟得到周期时间平均功率800 MW,频率约2.85 GHz,周期时间平均效率34.8%的微波。     

相对论速调管放大器双间隙输出腔的粒子模拟

 用3维PIC程序对S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔内的微波提取情况进行了模拟,给出了产生微波的详细物理图像。模拟结果表明：采用双间隙输出腔能增加束波互作用长度,使提取到的微波功率和效率得到提高。模拟得到了输出微波功率随直流渡越角、随电子束外径与漂移管之间的距离、随基波调制深度以及耦合孔径向间距变化的规律。在电子束压580 kV、束流4 kA、基波调制深度80%、引导磁场1.5 T的条件下,模拟得到周期时间平均功率800 MW,频率约2.85 GHz,周期时间平均效率34.8%的微波。     

S波段相对论速调管振荡器的实验研究

 在20 GW加速器平台上开展了S波段相对论速调管振荡器（RKO）的单次和重复频率束流调制和微波辐射的实验研究。采用无箔空心阴极和0.9 T的恒流源磁场引出束压1 MV、束流13 kA、脉宽40 ns的环形电子束驱动RKO,该电子束经过3个紧密耦合的扩展互作用腔再经过一段漂移管的群聚后,产生了7.8 kA/20 ns的基波调制束流,该调制束流激励三轴输出腔,单次运行输出了3.5 GW的微波辐射,束波转换效率29%,脉宽20 ns;脉冲重复频率20 Hz运行时,输出微波功率3.4 GW,束波转换效率26%。该振荡器具有起振时间快、输出频谱较纯和结构紧凑等优点。