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Ka波段分布作用速调管降压收集极设计

强激光与粒子束 2020年第8期32卷 37-45页

作者：王柳亚丁海兵中国科学院空天信息创新研究院高功率微波源与技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管(EIK)降压收集极的设计方案,包括注... 详细信息

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管(EIK)降压收集极的设计方案,包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究,收集极初始条件、结构及电极电压的设计,给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟(PIC)计算结果表明,该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%,采用两级降压收集极时回收效率为68.8%,EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%,表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。

关键词：分布作用速调管降压收集极 Ka波段效率三维仿真

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高效率偏心多级降压收集极的研究

微波学报 2014年第S1期30卷 391-393页

作者：何俊黄明光李现霞李海强赵磊中国科学院电子学研究所北京100190

本文以高效率、低返流率为优化目标,对K波段行波管的多级降压收集极进行设计。通过MTSS软件对收集极进行优化,从模拟结果中可知:当电子注工作在动态时,考虑和未考虑二次电子的情况下,收集极的效率分别为82%和79.15%,电子回流率分别为0.... 详细信息

本文以高效率、低返流率为优化目标,对K波段行波管的多级降压收集极进行设计。通过MTSS软件对收集极进行优化,从模拟结果中可知:当电子注工作在动态时,考虑和未考虑二次电子的情况下,收集极的效率分别为82%和79.15%,电子回流率分别为0.08%和0.39%。此结果满足毫米波行波管设计的要求,相关的实验测试正在进行中。

关键词：降压收集极行波管高效率

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回旋行波管降压收集极研究

回旋行波管降压收集极研究

作者：王迪电子科技大学

学位级别：硕士

回旋行波管作为毫米波、亚毫米波源,在毫米波通信、等离子体加热、毫米波雷达、定向能武器等各项军工、民用领域有着重要的应用。降低功耗、减小电源的重量和体积、提高整管效率是回旋行波管亟待解决的问题。时至今日,提高回旋行波管效... 详细信息

回旋行波管作为毫米波、亚毫米波源,在毫米波通信、等离子体加热、毫米波雷达、定向能武器等各项军工、民用领域有着重要的应用。降低功耗、减小电源的重量和体积、提高整管效率是回旋行波管亟待解决的问题。时至今日,提高回旋行波管效率的方式主要有两个:1.优化改进高频结构,通过提高注波互作用效率来提高整管效率,但是注波互作用效率的提高受到一些基本原理的限制,所以大多数回旋行波管的互作用效率都在40%以下,所以这种方式有较大的局限性;2.采用降压收集极来收集注波互作用后的电子注,能有效回收注波互作用后的电子所携带的剩余能量,极大程度地提高了整管效率。本论文以有效提高回旋行波管整管效率为目的提出一套设计降压收集极的方案,并结合理论分析和仿真软件进行详细的计算,使降压收集极达到45%收集效率的设计指标,然后考察其传输特性和散热效果,最后进行了装管实验测试。具体围绕以下几点进行研究分析:1、介绍降压收集极的工作原理并分析可能影响降压收集极性能的因素,如电子注初始状态(注波互作用后的电子注)、电子回流率、外加磁场的形状等;2、在平衡电子回流率和收集效率的基础上,提出了一种设计降压收集极基本参数的方案,并结合实例,对单级和多级降压收集极结构进行设计,使得降压收集极尽可能多地回收电子能量,使两种降压收集极分别达到50.3%和57.1%的收集效率,整管效率提高至46.3%和50%,并把二次电子回流率控制在2%以内;3、通过软件仿真计算该收集极结构对微波传输性能的影响,过渡段采用渐变结构设计,保证微波传输模式的纯度和正常的传输特性,然后通过热分析仿真软件对降压收集极进行散热分析,保障结构的良好散热;4、最后对降压收集极进行装管实验测试,并对结果进行分析对比;5、总结已完成的工作内容,对未来提出展望。综上所述,本论文通过理论分析和实例设计,提出了一种设计回旋行波管降压收集极的设计思路和方案,供以后的设计参考。

关键词：回旋行波管降压收集极收集效率收集密度热分析

220GHz带状注行波管多级降压收集极的研究

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220GHz带状注行波管多级降压收集极的研究

作者：麦尔丹·吾拉木（Merdan Wulam）电子科技大学

学位级别：硕士

行波管因其特有的宽频带和高增益特性,在众多微波电真空器件中应用最为广泛。太赫兹行波管具有频率高、体积小、频带宽、效率高、功率大等优点,可在军事、航空、通信、医学等领域发挥重要的作用,是国际上重点研究的技术之一。当工作在... 详细信息

行波管因其特有的宽频带和高增益特性,在众多微波电真空器件中应用最为广泛。太赫兹行波管具有频率高、体积小、频带宽、效率高、功率大等优点,可在军事、航空、通信、医学等领域发挥重要的作用,是国际上重点研究的技术之一。当工作在太赫兹波段,圆形电子注自身的局限性会对行波管效率和功率的进一步提高产生阻碍,带状注行波管便由此进入了研究者的视线。在太赫兹行波管工作时,电子在注波互作用中只会交出一小部分能量,电子效率很低,电子会携带大量能量进入收集极,使电子剩余能量以热损耗的方式消散,造成能量浪费的同时还会降低器件寿命。通过使用降压收集极回收电子的剩余能量,可以很好地解决上述问题,进而提高整管效率。本文主要是研究适用于220GHz带状注行波管的多级降压收集极,并对其进行热分析。主要工作与创新如下:1、分析了收集极入口处的电子注状态,进行了CST软件PIC求解器模块中慢波结构与Tracking求解器模块中收集极的联合仿真。在此基础上设计优化了一种单级降压收集极,在不考虑二次电子发射的情况下其收集效率为91.21%,并对该单级降压收集极进行了加工装配。2、在单级降压收集极的基础上,结合带状电子注的特性设计了一种矩形入口、椭圆形腔体的高效率三级降压收集极,在不考虑二次电子发射的情况下其收集效率为94.3%。对CST软件中的二次电子发射模型进行了研究,并使用福尔曼二次电子发射模型对设计的单级降压收集极和三级降压收集极进行了仿真,其收集效率分别为90.56%和93.3%。3、对降压收集极的级数与收集效率的关系进行了探索,并设计了四级降压收集极进行验证。为了突破收集极降压级数的限制,提出了一种具有偏转磁场的多级降压收集极。仿真结果表明该新型四级降压收集极的收集效率达到98.86%,且没有观测到电子返流现象。4、对设计的三级降压收集极进行了热分析,为了降低收集极的工作温度,增加了散热翅片。仿真结果表明在相同条件下安装有散热翅片的收集极的工作温度在最高点和最低点都降低了约100℃,散热效果得到了明显提升。其次,分析了散热翅片的参数对收集极温度的影响,并提出了一种翅片切割型散热结构。最后,对收集极进行了热应力仿真分析,收集极的最大热形变量在可接受范围内。

关键词：太赫兹行波管降压收集极热分析

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用于线性注管的一种新型静电聚焦降压收集极

真空电子技术 1978年第3期 50-58页

作者：孙瑜

本文从理论上比较了可用于降压收集极的各种形式的减速静电场。不考虑空间电荷,聚焦场比散焦场有更高的收集极效率η收集极。在双曲线场这一特殊情况下,η收集极是电子注发散角、电子注直径和电子注初始能量的函数。η收集极随1)电子注... 详细信息

本文从理论上比较了可用于降压收集极的各种形式的减速静电场。不考虑空间电荷,聚焦场比散焦场有更高的收集极效率η收集极。在双曲线场这一特殊情况下,η收集极是电子注发散角、电子注直径和电子注初始能量的函数。η收集极随1)电子注发散角的减少,2)收集极尺寸与电子注直径之比的增加,3)电子注初始能量的增加和收集极级数增加而增加。实验研究了一种用于脉升比为8分贝的周期永磁聚焦高功率双模行波管的双曲线场型三级降压收集极。在50％、75％和100％的降压条件下,管子效率在低功率模式上为26％,而在高功率模式上为34％,相应的收集极效率为76％和71％。

关键词：收集极效率发散角散焦能量分布分布(力学) 电子注降压收集极

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改进速调管效率的十级静电降压收集极

真空电子技术 1973年第1期 10-21页

作者：鲍贤杰

在一只1千瓦连续波750兆赫速调管上测试了一个十级静电降压收集极,它是借助于模拟计算机进行设计的。在不同的高频激励情况下,计算和测量的性能达到良好地一致。利用降压收集极,在高频满功率输出情况下,经能量交换的电子注的能量中的60... 详细信息

在一只1千瓦连续波750兆赫速调管上测试了一个十级静电降压收集极,它是借助于模拟计算机进行设计的。在不同的高频激励情况下,计算和测量的性能达到良好地一致。利用降压收集极,在高频满功率输出情况下,经能量交换的电子注的能量中的60％可得以回收。管子的纯功率转换效率以未降压时的54.3％上升到约为70.9％。在二分之一满功率输出情况下测得收集极效率为70％。在零高频功率输出情况下,收集极效率是80％。为了达到上述结果,需要在最后漂移管和收集极之间装置一个小型的聚焦线包。当采用收集极降压时,没有发现寄生振荡或不稳定性,电子返转也未大量增加。相邻一对收集极的内部短路,仅使收集极性能略微降低。

关键词：收集极效率降压收集极功率输出高频功率电压速调管栅控微波管电子注