三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

为扩展速调管输出回路的带宽,进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论,说明了实现三模重叠的可能性,采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3 GHz的输出回路为例,建立了3维计算模型,给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性,结果表明：此输出回路2 dB相对带宽接近15%,加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。     

三间隙耦合腔输出回路的等效电路

给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路,利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发,结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制,并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性,从而调整电路参数,使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。     

三间隙耦合腔输出回路的等效电路

 给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路,利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发,结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制,并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性,从而调整电路参数,使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

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。     

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。     

S波段速调管双间隙输出腔的设计和实验研究

介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计,并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下,模拟得到功率为1.1 GW的微波,频率约为2.85 GHz,效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究,实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束,经过优化调节RKA参数,在中间腔后得到了约4.6 kA的基波调制电流,加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2.9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波,束波转换效率26%。     

S波段速调管双间隙输出腔的设计和实验研究

 介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计,并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下,模拟得到功率为1.1 GW的微波,频率约为2.85 GHz,效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究,实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束,经过优化调节RKA参数,在中间腔后得到了约4.6 kA的基波调制电流,加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2.9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波,束波转换效率26%。     

多注速调管π模双间隙腔截止波导输出回路研究

 用数值模拟的方法研究了多注速调管π模双间隙腔加载截止波导两节滤波器型输出回路的特性,并重点研究了π模双间隙腔与截止段的耦合结构对输出腔间隙阻抗频率特性的影响,以及耦合接头和电容性销钉对截止波导滤波器的调谐作用。研究结果表明：π模双间隙腔连接截止波导段的耦合口的尺寸主要影响输出腔的外观品质因数,而耦合接头的粗细和电容性销钉的大小和插入深度对截止波导滤波器的调谐具有重要影响。另外,由于耦合接头相当于在截止段中引入了一个附加电感,这使滤波器谐振电路的品质因数变大,谐振峰变窄。因此,π模双间隙腔加载截止波导滤波器型输出回路并不比单间隙腔加载截止波导滤波器型输出回路有更好的带宽优势。     

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。     

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。     

TM610高次模圆柱谐振腔的模拟研究

 根据电磁场理论设计了S波段TM610高次模圆柱谐振腔。运用HFSS，ISFELD3D， CST-MS及MAFIA软件计算了该谐振腔中TM₆₁₀及其附近模式的电磁场分布、谐振频率及模式间隔。计算表明：TM₆₁₀模式的电磁场集中在漂移管头周围的区域，谐振腔中心处无电磁场分布。根据TM₆₁₀模式的特点，采取了在腔中心放置铁氧体微波吸收材料的方法来抑制杂模。HFSS模拟表明：腔内吸收材料可消除TM₅₁₀模式外大部分杂模的影响。采用了在主谐振腔外加耦合吸收腔的方法来抑制TM₅₁₀模式，该吸收腔基模TM₀₁₀的谐振频率等于TM₅₁₀的谐振频率。模拟表明：TM₅₁₀模式的大部分能量可以被吸收腔内的铁氧体材料衰减掉，Q值从15 604下降到571。     

用于速调管功率合成输出结构的转向波导设计

 为X波段高峰值功率速调管功率合成输出结构设计了一个工作在9 GHz的转向波导,用于连接功率合成器和速调管输出腔。转向波导结构由中心矩形谐振腔、两个矩形耦合孔和两边的输入输出波导组成;输入和输出波导由速调管输出腔和功率合成器确定,分别工作在TE₁₀和TE₀₁模式,它们相互垂直并偏离矩形谐振腔的中心;中间的矩形谐振腔工作在TM₁₁₀,TE₁₀₁和TE₀₁₁混合模式。这种转向波导结构的3个反射零点构成了较宽的传输通带。将连接转向波导结构的功率合成器加载到速调管输出腔,计算了功率合成器加载后速调管输出腔的间隙阻抗。计算结果表明：功率合成器的加载对输出腔间隙阻抗影响不大。设计的转向波导结构很好地应用到了速调管功率合成输出结构中。     

等效电路计算同轴输出腔TM310模式的间隙阻抗

设计了外Q值较小,工作于高阶横磁TM310模的X波段速调管单间隙同轴输出谐振腔。用微波等效电路理论计算了高阶横磁TM310模情形六个漂移管的等效间隙中心位置,由此计算腔内等效间隙中心到输出波导内横向膜片的等效长度。以MATLAB编程计算得到同轴谐振腔TM310模式加载矩形波导滤波器输出回路的间隙阻抗,其结果与传统冷测模拟法计算结果吻合。验证了等效长度计算方法的正确性,用于圆柱腔基模的传统微波等效电路理论能用于分析同轴谐振腔高阶横磁模式输出回路,且比传统的冷测模拟法及场分析法更为快捷。     

带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究

带状注扩展互作用速调管(SBEIK)结合了带状注速调管与扩展互作用速调管的优势,在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术潜力.本文提出了应用于SBEIK的五间隙哑铃型扩展互作用耦合腔输出回路的等效电路模型,获得了建立复杂多间隙扩展互作用腔的等效电路理论的方法.通过推导出的理论,快速确定了五间隙扩展互作用耦合腔的工作模式、谐振频率及间隙阻抗矩阵,由间隙阻抗的频率特性曲线快速估算出各模式对应的带宽,分析研究了耦合系数k以及Q e对于多间隙腔模式频率间隔及带宽的影响.此外,利用三维PIC仿真软件对相应的SBEIK五间隙输出腔高频特性进行了粒子模拟,结果表明,三维仿真获得的工作模式带宽特性与等效电路法计算结果基本一致,证明了本文所建立的等效电路方法的准确性和有效性.