脉冲空间行波管的研制

脉冲空间行波管主要用于环境卫星、微波遥感卫星、海洋卫星等军民用卫星系统,本文主要介绍了中国科学院电子学研究所脉冲空间行波管的研制进展,包括栅控电子枪、双渐变慢波系统、高匹配性能输能结构、多级降压收集极的设计方案、样管测试结果及环境试验情况等。     

Ku波段150W空间行波管的设计和研制

本文介绍了中科院电子所Ku波段150 W连续波空间行波管的设计、模拟和测试结果。该行波管采用双阳极电子枪、螺旋线跳渐变慢波结构、非轴对称四级降压收集极、辐冷型散热器。动态通过率在98.5%以上,在12.25~12.75 GHz范围内输出功率大于154 W,效率大于62%,增益大于51.8 dB,饱和点非线性相移小于46.65°,AM/PM变换系数小于4.31°/dB。环境试验结果表明行波管结构设计符合卫星力学环境条件,热设计符合空间环境试验条件。     

基于相位再同步技术的W波段高效率分布作用振荡器的研究

对基于12个周期的交错双排矩形波导慢波结构(staggered double rectangular waveguide slow wave structure,简记为SDRWSWS)的单谐振腔94.5GHz分布作用振荡器(extended interaction oscillator,EIO)进行了计算机模拟,给出了通过计算机模拟确定谐振腔结构参数及电子注参数的方法和步骤。提出了"相位再同步"的高效率方法,将谐振腔中从电子注输入端数起的第5~6个周期的慢波结构的周期降低到原来的90%左右,改变了谐振腔中轴向电场强度的分布,使轴向电场强度在远离输出口一端相对降低,而在靠近输出口一端相对升高,有助于电子注的调制随着电子注的行进而加强;同时,使在靠近输出口一端的轴向电场强度的相位增大了51.6°,从而与电子注的空间电荷波的相位保持同步并从电子注提取更多能量。计算机模拟结果证实,采用该技术的分布作用振荡器的功率和电子效率都得到显著提高,改善最大的数值是原来的2倍以上。     

基于SDRWS的340 GHz返波管的计算机模拟

采用计算机模拟的方法对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)的340 GHz返波管进行详细研究。首先对返波管所需的电子枪和永磁聚焦系统进行计算机模拟,结果表明,永磁聚焦系统与电子枪相结合,能够产生并维持14~17 kV,43.4 mA的电子注和18~21 kV,56.1 mA的电子注,且电子注电压在14~21 kV之间时,电子注在慢波结构区域的最大半径小于0.08 mm,半径波动最大值为0.034 mm。利用所计算的电子注,对基于SDRWS的340 GHz返波管进行互作用计算,结果表明,当电子注电压在14~21 kV之间调谐时,输出电磁波在326~352.6 GHz之间,输出功率大于2 W。同时,SDRWS的电子注通道半径为0.09 mm,相对较大,降低了返波管的制造难度。     

一种行波管高效率输能匹配结构的场分析

行波管的输能结构性能直接影响整管的效率与工作带宽,对输能结构的阻抗进行调匹配是十分必要的,一种实用的方法是在螺旋线末端加一个匹配筒来调匹配,但这种方法在理论层面还缺乏深入的研究。本文设计了一个带匹配筒的螺旋线行波管同轴型输能结构,用HFSS软件计算了引入匹配筒前后输能结构中的电磁场分布,从场的角度分析了匹配筒在输能结构中的作用机理,并给出了调匹配时应注意的条件。进一步,在优化匹配筒结构的基础上拉松末端两圈螺旋线,在12~18GHz的频段内实现电压驻波比低于1.23,对于行波管输能结构的设计有一定的参考意义。     

K波段空间行波管预失真线性化器设计

空间行波管功率放大器在卫星通信系统中具有十分重要的作用,其性能优劣严重影响通信质量,对其线性度提出了苛刻的要求。本文设计了一种单二极管与单pHEMT管相结合的线性化器电路结构,用于改善某K波段空间行波管的线性度。仿真结果表明,在行波管的工作频带范围内均能在一定程度上改善系统的增益和相移的非线性特性,提高线性度。     

X波段脉冲空间行波管输出结构可靠性研究

X波段脉冲空间行波管主要用于轻型SAR等雷达系统,要求行波管具有高功率、高效率、高可靠的性能。输出结构是行波管的重要部件,其可靠性不仅影响行波管的输出功率等性能,还影响行波管的稳定性与可靠性。该文针对X脉冲空间行波管输出结构进行可靠性研究,通过电、磁、热多物理场耦合的方式对它进行热、力结构可靠性分析,按分析结果对输出结构薄弱环节进行改进,耐冲击能力增强,并经过1000 h以上的整管老练及空间环境试验验证,输出结构具有较高的可靠性,满足空间环境试验及使用要求。     

一种220 GHz分布作用速调管的高频系统模拟

对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS) 结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算, 通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的S11的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算, 初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数, 进而对EIK进行了PIC互作用模拟计算, 结果表明: 该EIK的3dB工作频带为219.5~220.5GHz, 3dB带宽为1GHz, 最大功率为456 W, 最大增益为40.06dB。在此基础上, 通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐, 用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明, EIK的3dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定, 而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时, 可以使EIK的3dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽; 当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时, EIK的增益在其3dB工作频带内较为平坦, EIK的输出信号在其3dB工作频带内比较稳定, 频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明, 当中间腔的波导头宽度为0.747mm时, EIK获得了接近最优的性能, 3dB工作频带为219.5~220.0GHz, 3dB带宽扩展到1.2GHz, 最大功率为630W, 相应的最大电子效率为11.3%, 最大增益为47dB。     

螺旋线行波管慢波结构散热性能的发展现状

行波管是一种具有宽频带的微波管，它自发明以来已有60多年的历史，至今仍广泛应用于通信、雷达系统和电子对抗。随着卫星通信技术的快速发展，对高性能的大功率行波管的需求越来越迫切，而大功率伴随着更高的热损耗，因此，对其散热性能的研究是一项重要的工作。国内外专家学者对此做了大量的研究，本文综合叙述了目前行波管慢波组件材料和结构、组装方式以及接触热阻的研究现状，并总结了一些散热性能的评价方法。