支撑杆对螺旋型行波管慢波结构温度分布

研究了螺旋线行波管中电子注与高频场互作用的时域理论.电子对场的作用由高频场方程和空间电荷场方程模拟,场对电子注的作用由运动方程模拟.在螺旋导电面模型下利用安培环路定理和法拉第电磁感应定律得到了时域高频场方程.利用空间电荷波模型处理空间电荷场,得到了空间电荷场方程.将高频场和空间电荷场代入洛伦兹力方程,得到了运动方程.利用耦合阻抗处理高频场方程的激励源,使得高频场方程的求解能够借助诸如hfss或hfcs等高频模拟软件来实现,增强了时域理论的灵活性.基于上述理论,编写软件数值模拟某螺旋线行波管,验证了时域理论的可行性.

研制出频带覆盖k波段、输出功率分别为60w、120w两种行波管产品,同时在这两种产品的基础上进行部分设计改进,研制出k波段带宽1ghz,饱和输出功率250w通讯用的行波管。60w/120w行波管采用传导冷却方式,二者具有相同的外形结构及工作电压。该系列行波管采用两级降压收集极,其全频带效率达到30%附近。250w通信用行波管在前两种管型的基础上采用小型化的结构,有效地减小行波管的体积与重量,同时采用三级降压收集极,其总效率达到40%以上。

提出了一种新型的微带线慢波结构。与传统的n型微带线慢波结构相比,新型结构具有相速值较小、工作电压低、功率大、耦合阻抗高等特点。利用hfss和cst分别对此结构在v波段进行高频特性、传输特性和注-波互作用仿真,得出在60ghz频点耦合阻抗大于20ω,在55~63ghz频段内vswr<1.5;当输入功率为100mw时,并且带状电子注的电流和电压分别工作在100ma和5kv的条件下,该行波管慢波结构的最大输出功率为115w,平均互作用效率为14.6%,瞬时3db带宽为5ghz(56~61ghz)。

在一维场论注-波互作用理论的基础上,引入磁场对角向速度的影响,建立了二维非线性返波注-波互作用理论,模拟返波振荡.对不同空间电荷参量下起振长度的变化进行了小信号分析比较,结果与等效线路模型比较接近;对某8—18ghz行波管进行了实测比较,结果也比较一致.同时还研究了影响返波振荡起振长度的因素,提出了该管的抑制返波振荡方案.

ka波段螺旋线大功率行波管在大容量的通信系统中具有重要作用,本文介绍了目前大功率连续波螺旋线行波管的现状,对相关技术进行了分析。通过对高频结构的互作用分析、热分析、多级降压收集极等分析,设计了一个ka波段连续波500w行波管的螺旋线互作用结构,计算机模拟结果表明可以满足设计要求。

主要介绍了螺旋线行波管螺旋线的两种夹持方法:金属管壳三角变形夹持法和绑扎金属管壳热膨胀夹持法,并对两种方法的优缺点做了比较。

俄罗斯学者denisov等提出一种螺旋波纹波导结构，通过两模式在角向上的耦合使电子与波在宽频带内发生有效的作用，由此制成的回旋行波管从物理机理上增大了互作用效率和频带宽度。因此以它为高频结构的回旋行波管已成为当今的研究热点，其关键技术是对螺旋波纹波导进行色散和互作用设计。

该文对螺旋线行波管中的场进行了数值分析。研究表明数值求解时主从边界条件的位置决定场传播的方向,螺旋线旋转方向决定场的旋转变化方向。螺旋线外各类夹持杆和翼片对螺旋线内部场分布影响很小,场基本随贝塞尔函数分布,但耦合阻抗变化较大,这主要是由于场受螺旋线外结构影响而影响功率分配。同时,对场的各次空间谐波的研究,特别是零次和负一次空间谐波,有利于准确地求解各次空间谐波的耦合阻抗,对提高螺旋线行波管放大器和返波振荡的大信号注波互作用计算的准确性有重要的意义。

通过对螺旋带行波管带上表面电流的chebyshev展开,得出了色散关系,求出了电场分量和磁场分量的表达式,进而求得了耦合阻抗和耦合磁导纳。计算并分析了一个典型结构的纵向电磁场分量,由这些分量得出的耦合阻抗与chernin等的结果有很好的一致性,说明了电场表达式的有效性。场表达式可应用于3维行波管cad的程序编写,耦合磁导纳的计算程序更是行波管cad不可缺少的部分。

提出了一种具有工作电压小、结构紧凑、散热性好等特点的新型慢波结构——径向螺旋波导结构,利用电磁仿真软件分析了其色散及传输特性,结果表明该种结构行波管工作电压可低至数百伏.由于圆柱电子枪发射面远大于常规行波管,因而在小电流密度下仍可保证大电流:电流密度为100ma/cm2时电流可达30a.该结构在w波段具有较大的尺寸,易于加工,并且在更高波段同样具有很好的传输特性,具有较大的研究价值.

螺旋波纹波导回旋行波管与采用圆波导的回旋行波管相比,有较大的带宽。介绍了它的线性注波互作用理论,并用该理论计算了不同的磁场与波导表面微扰幅度对ka波段螺旋波纹波导回旋行波管线性增益的影响。计算结果与已报道的实验结果基本符合,说明该理论可以初步确定螺旋波纹波导回旋行波管的各项参数。

本文介绍了国内外q波段螺旋线行波管研究进展,给出了作者在q波段螺旋线行波管设计和性能测试结果。电子枪采用皮尔斯型电子枪,高频采用螺旋线结构,为了提高行波管效率,采用四级降压收集极。测试结果表明在工作频带内连续波饱和输出功率超过30w,总效率超过21%,行波管动态流通率超过98%,饱和增益超过了45.5db。

支撑杆与限位片

从波导的等效边界条件出发,结合波导的激发方程组,通过数学推导说明了螺旋波纹波导回旋行波管的模式耦合机制。te1,1模会在螺旋波纹波导中耦合出te_2,1模,并且通过计算说明te_2,1模主要和te1,1模的空间-1次谐波发生耦合。

非线性理论是一种以驻波互作用过程为对象的大信号理论,它能准确地反应电子与波的互作用过程,计算输出功率、效率等其他非线性理论问题。采用非线性理论中的自洽非线性理论和耦合波理论对螺旋波纹波导回旋行波管进行研究,结和电子运动方程和互作用方程,反映电子运动和场的激励相互演变过程。

本文简述了x波段350w相位一致脉冲行波管的成功研制情况,并简单介绍了其应用和后续需求。

对螺旋波纹波导回旋行波管的冷腔色散特性进行了研究,通过理论分析和数值计算,得到了螺旋波纹波导的冷腔色散方程和色散曲线,并分析了几何结构参数变化对其色散特性的影响。同时利用三维电磁仿真软件hfss对螺旋波纹波导进行建模和计算。

为抑制回旋行波管的自激振荡和增加回旋行波管带宽,俄罗斯g.denisov等人提出一种新型回旋行波管结构——螺旋波纹波导回旋行波管。通过螺旋波纹波导的特殊结构使通过波导的两种模式发生耦合,耦合出一种新的工作模式,从而改变色散特性,达到抑制自激振荡和增加带宽的目的。通过螺旋波纹波导的色散方程,分析其色散曲线,从而分析螺旋波纹波导作为回旋行波管高频系统的优势。

运用3d粒子模拟软件magic分析了矩形螺旋线行波管(twt)的注-波互作用过程。模型设计了电导率线性渐变的电阻耦合器代替同轴输入输出结构来减少反射,消除自激震荡。仿真结果表明:矩形螺旋线twt模型能够进行有效的注-波互作用,完全可以反映管内互作用的非线性本质,证明了模型设计的合理性,并对影响注-波互作用的一些重要参量进行了讨论。设计的x波段twt可达到的指标为:工作频率8～12ghz,输出功率峰值达480w,3db带宽为4ghz,电子效率为11.8%。

介绍了同轴磁绝缘传输线(mitl)的工作特性,对传输线极间电子分布、电子损失与磁绝缘的关系进行了阐述;分析了同轴磁绝缘传输线极间电子对传输线阻抗的影响,采用理论分析与粒子模拟相结合的方法,实现同轴mitl与负载轴对称平板二极管的阻抗匹配。运用mpi并行算法分别对带螺旋支撑杆的mitl进行数值模拟,并对模拟结果进行了分析,得出了所添加的螺旋金属支撑杆对同轴传输器件的影响。电压的最大损失率为2%,阳极电流的最大损失率达到了4.4%,阴极电流的损失率为8.9%,电磁场以及粒子实空间都有相应的变化。

本文介绍一种螺旋线行波管的线性设计,该行波管用于通信。为保证通信信号的质量,该型行波管必须具有较好的线性性能,如相移、三阶交调等,文中将结合一种ka频段空间行波管的改进过程,以相移作为线性参数的代表性指标,分析所采取的改进措施对行波管线性性能的提升。目前,该行波管的主要高频参数为:相移50°(饱和回退20db)、饱和增益50db、互作用效率20%。

ka波段大功率螺旋线行波管在雷达、电子对抗及通信等电子装备中发挥着日益重要的作用.本文初步设计了一种ka波段1kw螺旋线脉冲行波管的高频结构.工作电压18.5kv、工作电流380ma,工作带宽6ghz功率1.1kw,电子效率15％,饱和增益40db.针对大功率螺旋线行波管中极易出现的返波振荡现象,通过合理设计衰减器的大小和位置,螺旋线的尺寸分布,有效地抑制了返波振荡出现的概率.