宽带大功率螺旋线行波管返波振荡

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。

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。

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%。

结合时域有限差分方法和粒子模拟方法,开发了螺旋线行波管的三维注-波互作用粒子模拟程序。从最基本的电磁场运动规律和力学规律出发,利用高速计算机直接求解完整的麦克斯韦方程组和洛伦兹方程,完成了对c波段螺旋线行波管的注-波互作用的模拟计算,得到了电子的相位和空间分布以及管子的功率、增益等电性能参量,验证了程序的正确性,为后期优化和设计奠定了基础。

目前在室内外照明中经常用到很多汞灯,其中包括自镇流汞灯和高压汞灯。自镇流汞灯使用方便,但光效低,不节能;高压汞灯虽然光效比自镇流汞灯稍高,但需要接镇流器,而且显色指数太低,不适合室内照明。因此,2004年底实施的《建筑照明设计标准》已经明确指出":一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯,不应采用自镇流荧光高压汞灯。"有什么光源产品既方便又高效节能,能代替镇流汞灯和高压汞灯,并同时满足室内室外照明的需求呢?

介绍了张力控制系统的硬件设计和控制算法的研究。首先进行了张力执行元件的选择,设计了张力检测装置,然后确立数学模型,采用增量式数字pid控制器,设计了张力控制器。通过仿真证明能较好地满足预期的控制要求。

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。

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。

应用ansys有限元软件对ku波段螺旋线行波管慢波结构部分进行了热分析研究,通过考虑3种不同的支撑杆材料和形状,以及是否考虑接触热阻情况下的模拟结果的比较,提出了慢波结构部分具有良好热传导能力,以确保在更低的温度下稳定工作的简单优化方案。

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。

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。

螺旋波纹波导的特殊结构使te11和te21相互耦合,其色散特性相对于圆波导发生了极大的改变,使电磁波能够在宽频带内与电子注耦合,因此需要对其色散特性进行研究。通过理论分析和数值计算,得到了螺旋波纹波导的行波模式、返波模式的色散方程和色散曲线,着重分析了不同螺纹深度和螺纹周期对螺旋波纹波导行波模式色散特性和模式耦合的影响。研究表明,当螺纹深度变大时,螺旋波纹波导中的工作模式与非工作模式分离程度变大,对克服模式竞争比较有利;当螺纹周期变小时,工作模式1的线性变差,线性区域变得很窄,限制了螺旋波纹波导回旋行波管增益的提高。

三折螺旋波纹波导使te11模和te21模相互耦合,其色散曲线能够在宽频带内与电子回旋共振,因此需要对色散方程进行研究。提出了适合工程实用的行波模式和返波模式的色散方程,并对方程中的耦合系数进行了简化,误差在1%左右。利用cst软件的vba语言对螺旋波纹波导进行建模和计算,根据模拟得到的传输特性曲线的特点,提出一种模拟方法,将模拟与理论计算得到的色散曲线作对比,误差在5%左右。

从螺旋波纹波导的一般性耦合波传输方程出发,根据螺旋波纹波导的模式耦合规则给出该波导内返波的耦合波方程和色散方程并分析其色散特性,由此分析螺旋波纹波导返波管的工作机理,并通过耦合波理论计算出本征模式中场的分布情况.

介绍了一种vhf频段宽带大功率ldmos功放的设计方法,使用ads仿真软件对其大信号模型的阻抗参数进行了提取,通过宽带巴伦匹配技术实现了匹配电路的设计。利用谐波平衡法对功放电路的增益和效率指标进行仿真,并与实物测试数据对比,验证了设计方法的可行性。该功放电路在vhf频段100%相对带宽内,实现输出功率大于1000w,效率高于70%,带内波动优于1db的指标。文中为vhf频段宽带大功率ldmos功放电路的设计提供了一种可行的设计方法,可应用于同类型功放电路的设计中,具有广阔的工程应用前景。

本文主要介绍了螺旋线焊接结构在x波段大功率螺旋线脉冲行波管中应用的必要性及实现方案,给出了采用焊接结构的螺旋线行波管慢波系统的热仿真数据。整管试验结果表明,在与600w行波管相同的传导冷却的条件下输出功率能力大幅度提高,获得了大于900w的平均功率。

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。

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。

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。

通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19db,电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5mm,计算得到磁场峰值为0.17t。为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维pic粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16ghz频率范围内输出功率大于88.7w,电子效率大于14.8%,增益大于34.6db。

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。