Ka波段扩展互作用速调管的设计.pdfVIP

第26卷第6期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．26。No．6 2014年6月 HIGHPOWERIjASERANDPARTICI。EBEAMS Jun．，2014 Ka波段扩展互作用速调管的设计+ 钟 勇， 王 勇， 张玉文 (中国科学院电子学研究所，高功率微波源与技术重点实验室，北京100190) 摘 要： 利用粒子模拟(PIC)三维软件，在Ka波段，采用扩展互作用谐振腔技术和谐振腔加载技术来实 现高增益和宽频带，对扩展互作用速调管进行了设计和粒子模拟仿真，同时采用二维电子光学软件EGUN对 电子枪和聚焦系统进行了设计和优化，聚焦系统使用的是钐钴永磁聚焦。在工作电压9kV，束流o．15A的条 GHz，3 dB，得到效率为 件下，输入功率为200mw时，中心频率35．5 dB带宽为410MHz，最小增益为32．5 26％，其平均功率为355w。 关键词： 扩展互作用速调管； 带宽； 中心频率； 平均功率 中图分类号： TNl22 文献标志码： A doi：10．11884／HPLPB201426．063033 随着设计和工艺水平的提高，电真空器件在不断向高峰值功率、高频率、高效率、宽频带和结构紧凑的方向 发展n。3]。要解决高频段增益和带宽问题，采用扩展互作用速调管的方法，具有宽频带的优点，其尺寸更紧凑， 工作更加可靠。目前，工作在大气窗口频率的电真空器件，尤其是扩展互作用放大器和振荡器的研究十分热 大量的产品问世，并且在很多方面都有应用，如在空间雷达系统、卫星通信系统、电子对抗系统、安检、医疗辐照 和大气云层分析等方面卧‘9]。我国在扩展互作用速调管的研究起步晚，虽然目前已有一些单位在毫米波领域从 事这类器件的研制，但是进展缓慢。由于该器件受制于设计水平、工艺流程技术、冷测技术和微加工技术，所以 GHz频率 要加大攻关力度，力争早日实现扩展互作用器件的国产化，满足未来需求。本文拟在大气窗口35．5 处设计一只扩展互作用速调管，在工作电压9kV、束流O．15A的条件下，对其整管进行设计和粒子模拟。 1 三间隙休斯结构耦合腔结构和理论 关于单间隙和双间隙耦合腔的结构和理论在很多文献上都有详述口引，下面对三间隙休斯结构耦合腔的结 构和理论进行探讨。图1为三间隙耦合腔输出电路的结构示意图，通过公共壁上的月牙形耦合槽实现三个谐 振腔的相互耦合。图2为等效电路图，耦合槽可等效为一个并联谐振电路，该等效电路是基于谐振腔的工作模 式TM㈣模。根据克希霍夫定理，设三个网孔电流分别为J，，Jz和j。，三个无载单腔的电参数一致，月牙形耦 一Z。。，可列出电路方程 structure wal (a)three—gapcaVity (b)common structureinaxesandcommonwal circuit cavity Fig．2Equivalent Fig．1Three—gap 图1 三间隙谐振腔轴向和公共壁结构示意图 图2三间隙谐振腔的等效电路图 5； 修订日期：2014—01—22 *收稿日期：2013—11—1 基金项目：国家重大科学仪器子项目(Y3Bzl40239) 063033—1 强 激 光 与 粒 子 束 fIl(Zl+Zsl)一j2Zsl—0 ，2(Z2+Zsl+Zs2)一J3Zs2一11Zsl=o(1)