行波管电子枪热分析与结构优化设计

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回旋行波管电子枪阴极热分析

回旋行波管电子枪阴极热分析
关 重要 , 能够 为 电子枪结 构 的精确设 计 和优化 提供依 据 。 。
1 利 用 AN S Y S对 电 子 枪 阴极 进 行 热 分 析
1 . 1 建 立 有 限 元 模 型
选 取 Ka 波 段 回旋 行波 管磁 控注入 电子枪 进行 建 模 分析 , 其 各 项参 数 如 表 1所 示 。其 中 , U。 为 第 二 阳极
电压 , U 为第 一 阳极 电压 , 。为 电流 , B。 为互作 用 区磁场 , 为速度 比 , r 为 阴极发 射带半 径 , r 0 为 引导 中心 半径 , 6 / 为平 均纵 向速度 零散 。
表 1 Ka波段 回旋 行 波 管 电 子 枪 的各 项 参 数
Ta b l e 1 Pa r a me t e r s o f MI G i n Ka b a n d Gy r o - TW T
个 材料 的材料 属 性 , 密度 、 比热 容 、 热导率、 杨 氏模 量 、 泊 松 比、 热 膨胀 系 数 等 参数 如表 2所 示 。采 用 自下 而 上 的
建 模方法 , 得 到 电子 枪 阴极 的几 何模 型 如 图 1所 示 , 然后 进 行 自由 网格 划分 。 F i g . 1 2 D m o d e l o f c a t h o d e i n m a g n e t r o n i n j e c t i o n g u n ( M I G )
中 图分 类号 : T N1 2 5 文献标志码 : A d o i : 1 0 . 3 7 8 8 / HP L P B 2 0 1 3 2 5 0 2 . 0 4 4 6
回旋行 波管 ( G y r o — TwT) 作 为具有较 好发 展潜 力 和应 用前 景 的毫米 波 源 , 具有 高 平 均功 率 、 高 峰值 功 率 、 较宽 带宽 等优点 , 因而在高 功率毫 米波 雷达 、 通讯 、 精确 制导 等领域 有着 很好 的应用 前景 , 在 国际上受 到 了广泛

行波管 返波管

行波管 返波管

行波管返波管行波管和返波管是无线通信领域中常见的两种微波元件。

它们在信号传输过程中扮演着重要的角色。

本文将分别介绍行波管和返波管的工作原理、结构和应用。

一、行波管(Traveling Wave Tube,TWT)行波管是一种利用电子束与微波场相互作用来放大和调制微波信号的高频电子器件。

行波管具有以下特点:1.结构:行波管主要由电子枪、动平衡聚束系统、微波交往管、放大器和收集极等组成。

其中,电子枪产生束流,微波交往管提供微波信号,放大器使信号得以放大,收集极收集电子流。

2.工作原理:行波管的工作原理是利用电子注与螺旋线之间的相互作用来放大微波信号。

当电子注与螺旋线内的微波场发生相互作用时,电子注的能量将被微波信号所调整,从而实现对微波信号的放大。

3.特点:行波管具有宽工作频率范围、高功率放大和宽动态范围的优势,特别适用于带宽较大、频率稳定的高频信号放大和调制等应用场合。

行波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。

在通信领域,行波管被广泛应用于宽带多路复用器、卫星通信地面站和微波电子对抗等系统中。

在雷达系统中,行波管被用来实现雷达信号的放大和调制。

行波管还可以用于实验研究和科学仪器等领域。

二、返波管(Twice Reflected Waveguide)返波管是一种通过微波信号的反射来实现相位延迟和放大的高频电子器件。

返波管具有以下特点:1.结构:返波管主要由螺旋槽、制冷片、终端圆盘等构成。

其中,螺旋槽用于反射微波信号,制冷片用于散热,终端圆盘用于控制微波信号的功率。

2.工作原理:返波管通过螺旋槽的反射作用来实现相位延迟和功率的放大。

当微波信号通过螺旋槽时,会反射多次,从而使信号的相位与幅度得到调整。

3.特点:返波管具有宽带宽、低信号失真和高功率输出等优势,特别适用于相位延迟和功率放大等应用场合。

返波管的主要应用领域包括通信、雷达和卫星通信等。

在通信领域,返波管常常用于宽带通信系统中,可以提供稳定的相位延迟和高功率输出。

S波段大功率行波管电子枪设计

S波段大功率行波管电子枪设计
具 有较 好层 流性 电子 注 的皮尔斯 电子枪 。通 用 的微
的 电子 枪形 状 , 由数值 软 件 E u 再 g n模 拟 , 算得 到 计
的电子 注性 能参 数 有 较 大 变 化 , 容 易再 经 过优 化 不 满 足设 计 要求 。为 了补偿 大 导流 系数 电子 枪设 计 中 阳极 孔 和空 间 电荷 的影 响 , 般 采 用 两 种 措 施来 补 一
Ke r s y wo d :El cr n g n; S n h s e i n n e to u y t e i d s i g; C l d ia ee to e f u ig; Du l a o e Nu r a s g y i r l lcr d o sn n c c a n d ; me i l c
( co l fP yi l l t n s fU S C, h n d 1 0 4, hn ) Sho o hs a Ee r i c c oc o E T C eg u6 0 5 C ia
Ab tac : ih t y t sso e c See to n a d t e c nc p s o h y i rc lf c i lc r d sr t W t he s n he i fPir e’ lc r n gu n h o e t ft e c l nd ia o usng ee to e a he d a n e Ss ti g,t lc r un,whih ma o u e ahi u r nte e t o a wih h g ur nd t u la o ’ e tn d heee ton g c y pr d c gh c r e lc r n be m t i h c — r n e st n g pe v a c o b n g p we l TW T .i e i n d b he r n l zn nd t e t d n iy a d hih r e n ef r S- a d hih o rhei x s d sg e y t o y a a y i g a heE— g n s fwa e c mp i g,a d t see to u sm a hi e n u e n TW T u c s f l u o t r o utn n hi lc r n g n i c n d a d mo nt d i s c e sul y.

二次谐波回旋行波管Cusp电子枪的模拟与实验研究

二次谐波回旋行波管Cusp电子枪的模拟与实验研究

文 章 编 号 : 1 0—3 2 20 )10 0—5 0 14 2 (0 7 0 —1 70
二 次谐 波 回旋 行 波管 C s up电子 枪 的模 拟 与 实验 研 究
雷文强 , 赵军平 张恩官 , 赵 军 ,
( .中 国工 程 物 理 研 究 院 应 用 电子 学 研 究 所 ,四川 绵 阳 6 1 0 } 2 1 290 .宽达 微 波 通 讯 公 司 , 都 6 13 ) 成 17 1
细的物 理分析 L]但 他 没给 出计算 电子 速度 比的公 式 ; 州 大学 戴维 斯 分 校在 实 验基 础 上 给 出了计 算 电子 速 1, 。 ” 加
度 比的理 论公 式 , 用 E u 并 g n软 件 模拟 进行 对 比, 理 论公 式 中需 要 假定 电子注 外半 径 的初值 [ ; 但 { 日本 福 井 大
维普资讯
第 1 9卷 第 1 期 20 0 7年 1 月
强 激 光 与 粒 子 束
HI GH P 0W ER LAS ER AND ARTI P CLE BEAM S
Vo . 9 NO 1 11 。 .
Jn 2 0 a ., 0 7
摘 要 : 利 用 3 I 件 和 乌 克 兰 开 发 的 电 子 光 学 计 算 软 件 T D PC软 AU 对 二 次 谐 波 回旋 行 波 管 C s up电 子 枪 进行 模 拟 , 取 电 子 的 3维 运 动 速 度 计 算 横 纵 速度 比 。 在 阳极 电 压 和 阴极 电 流 变化 的 条件 下 , 电子 速度 比 提 对 和 速 度零 散 随之 而 变 化 的情 况 进行 了模 拟 , 到 平 均 速 度 比 1 1和 平 均 速 度 零 散 9 5 的结 果 基 于 电子 平 得 . .%

星载行波管高效率阴极热子组件优化设计

星载行波管高效率阴极热子组件优化设计

S YS有 限元 软件 对 某 x波段 脉 冲星 载行 波管 阴极 热 子组件 结 构开 展 了热学 性 能分析 , 研 究 了结 构 的稳 态 温度
场分 布 、 阴极 温 度 瞬态解 及 热子加 热 功率 与 阴极温 度 的关 系 , 并 对 阴极 支 持筒 开 槽 宽度 、 壁 厚 及 材 料进 行 了优
Fi g . 1 S t r u c t u r e o f c a t ho d e — h e a t e r a s s e mb l y
图1 阴 极 热 子 组 件 结 构 示 意 图
8 . 1 5 W 时, 阴极稳 态温 度 为 1 0 5 4。 C, 与实 测 加 热 功率 8 . 2 1 w 相 差 不 大 。图 2给 出 了阴 极 热 子组 件 在 8 . 1 5
第 2 7 卷 第 5期 2 0 1 5年 5月
强 激 光 与 粒 子 束
HI GH POW ER LAS ER AND PA RTI CLE BEAM S
Vo I . 2 7,NO . 5
Ma y,2 01 5
星 载 行 波 管 高效 率 阴极 热 子 组 件 优 化 设 计
w 加热 功率 下 的温 度计 算结 果 , 其 中图 2 ( a ) 为结 构稳 态 时 的温度 场分 布 , 图2 ( b ) 为 阴极 温度 瞬时 变化 曲线 。 在此 基 础上 研究 了阴极 热子 组件 加热 功 率与 阴极 温度 之 间 的关 系 , 理 论 和 实验 进 行 了对 比 。阴极 热 子组 件 的测 温实 验是 在抽 真 空平 台上 进行 的。 阴极 热 子组 件 固定 在 真 空玻 璃 罩 中 , 由真 空 泵 ( 含 机械 泵 、 分 子 泵 和 离子 泵 ) 产 生高 真空 环境 ( 小 于3 . 6 ×1 0 P a ) 。恒 流 源为组 件 提供稳 定 的 电流 , 通过 玻璃 罩 上端 的引 线棒 施加 在热 子 引腿 上 。为减 小 由导 线 电阻 引起 的测量 误差 , 阴极 热子 组 件 的输 入 电 压通 过 万用 表 在 玻璃 罩 引 线 棒处 测得 。 阴 极 温 度 由光 学 测 温仪 测 量 , 该 光 学 测 温仪 的测 温 范 围 为 6 0 0 3 0 0 0℃ , 测 量 误 差 为 ±1 O℃ 。 在 测 温

测量行波管电子注的法拉第筒的热分析

测量行波管电子注的法拉第筒的热分析

摘 要 : 利 用 ANS 软 件 对 测量 行 波 管 电 子 注 截 面 的 法 拉 第 筒 探 头 进 行 了热 分 析 研 究 。分 析 了在 单 YS 脉 冲情 况 下 , 量 各 种 直 径 的不 同脉 冲 功 率 密 度 的 电 子 注 、 同脉 冲 宽 度 对 法 拉 第 筒 温 度 的 影 响 , 究 了测 量 测 不 研
中 图 分 类 号 : TN1 4 2 文献 标 志 码 : A d i 1 . 7 8 HP P 2 1 2 0 . 4 1 o : 0 3 8 / L B 0 1 3 9 2 6
当前有众 多 的行 波管 设计 软件 可 以进行 电子光学 系统 设计 分 析 , 以设计 出性 能很 好 的 电子枪 , 由于受 可 但 到热 初 速 、 射不 均匀 和 阴极表 面粗 糙度 的影 响口 , 测 的 电子注 并 不是 理 想 的 电子 注 , 发 ]热 电子 注 的截 面 电流密 度分 布 、 射程 、 流性 和能 量分 布与 理论 有一 定差 别 , 依 靠计 算 机 模拟 , 到 的数 据 精度 不 够 , 致磁 场 聚焦 层 仅 得 导 和 收集极 的计 算 都存在 较 大误差 。研制 电子 注分 析系 统 , 实验 上 了解 电子 注实 际的截 面 电流密度 分布 、 从 截面
积大 小 、 注腰半 径 和射 程 、 轨迹分 布 、 互作 用后 纵 向速度 分 布等 参 数 成 为重 要 的研 究 方 向[4, 而提 高行 波 管 21 进
的性 能水 平 , 修 正理论 计算 和计 算 机模 拟 , 并 实现一 次 制管成 功 。法拉 第筒 是 电子束 流检测 中的重要 工 具 ] , 也 是 电子 注分析 系 统 中进 行 电子 注截 面测 量分 析 的主 要探 头 。针 对不 同的 电子 束 流测 量 , 研究 者 往 往更 关 注 法 拉第 筒 的本征 频 率 、 大检 测 电流 等设计 参 数_ , 于 测试 的脉 冲宽度 和重 复频 率 的选择 也是从 注 的平均 功 最 2对 ] 率 、 统 的真空 度 和脉 冲波形 考虑 , 没有 给 出一个 明确 的参考 范 围[ 系 并 1 。本 文利 用 ANS YS软件 , 析在 单 脉 分 冲情况 下 , 电子 注 的直径 、 功率 密度 及 脉 冲宽度 对法 拉第 筒 温度 分 布 的影 响 , 究 对 于不 同功率 密 度 的 电子 注 研 能 够使 用 的脉 冲宽度 , 析脉 冲重 复频 率对 法拉 第筒 工作 温度 和散 热情 况 的影 响 。 分

G_波段行波管电子枪设计与实验

G_波段行波管电子枪设计与实验

第 21 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.21,No.7Jul.,2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyG波段行波管电子枪设计与实验李莹,边兴旺,张琳,宋博文,潘攀,蔡军(中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室,北京100015)摘要:设计了用于G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪,电子注电压20 kV,电流50.9 mA,注腰半径0.056 mm,射程10.3 mm。

利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法,分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。

为了消除电子枪热形变的影响,设计了装配模具进行补偿,并得到了实验验证。

该电子枪已用于多种G波段行波管,解决了关键部件技术问题。

关键词:G波段行波管;电子枪;热形变中图分类号:TN124 文献标志码:A doi:10.11805/TKYDA2021433Design and experiment research on electron gun of G band traveling wave tubeLI Ying,BIAN Xingwang,ZHANG Lin,SONG Bowen,PAN Pan,CAI Jun (National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics,The 12th Research Institute of China ElectronicsTechnology Group Corporation,Beijing 100015,China)AbstractAbstract::A focus electrode modulation Pierce gun for G band traveling wave tube is designed, witha beam voltage of 20 kV, current of 50 mA, waist radius of 0.056 mm, and a waist position of 10.3 mm.The impact of thermal deformation on the performance of the electron gun is analyzed by using thermal-structure coupling analysis and electron beam trajectory simulation method. In order to eliminate theinfluence of thermal deformation, an assembly fixer for compensation is designed and verified byexperiments. The electron gun has been applied in a variety of G band traveling wave tube, and hassolved technical problems of the key component.KeywordsKeywords::G band traveling wave tube;electron gun;thermal deformation太赫兹(0.1~10 THz)频谱资源丰富,在高分辨力实时成像、抗干扰保密通信以及高速高数据率传输等方面具有重要的应用前景[1-2]。

电子枪设计制造工艺与阴极性能分析

电子枪设计制造工艺与阴极性能分析

从 表 1不 难看 出 , 高 温 区的零 件一 在 阴极 、 热子 、 阴 极支 持筒 、 屏 筒 、 焦 极 、 网等 应 采 用 高 熔 点 热 聚 栅 的 金属 一鳊 、 、 铼 合 金 等 材 料 , 非 高 温 区的 阳 钼 钼 而 极 等零 件则 可选 择 真空 性能 好 的不锈 钢 等材 料 。
图 1为常见 行 波管 电子枪 瓷 封件 示意 图 。 电子
枪 瓷封 件结 构特 别要 强调 下 面几个 问题 :
() 1 电子 枪 瓷 封 件封 接 工 艺 。电子 枪 瓷 封 件 封
:璺 Q 衄
多 出在 阴极 、 阳极 及 其 它 的 支持 结 构 出现 了倒 角 不 够 光 滑 , 洁度 不 高 的问 题 。如 图一 中 的 阳极 支 片 光
金 属铪 、 、 等 是 对 阴 极 不利 的 材料 , 采 用 锆 钽 在 栅控 枪 的微 波管 中为 了防止 阴极 活性 对栅 网造 成 的 栅 放影 响可 以利 用 这 类 材 料 的性 质 , 它 镀 在 栅 网 将 的 表面 以 防 栅 流 的 出现 。2 0 0 8年 某 课 题 在 制 管 过 程 中 阴栅漏 电问题 很 严 重 , 且 在 老 炼 过 程 中变 得 并
应 达 到 标 注 0 4以 上 的 水 平 , 防 止 出 现 高 压 打 火 . 以
现 象 。通 常高 压 打火 现 象 伴 随 零 件放 气 、 属蒸 发 金 发生 , 这对 阴 极 是 有很 大 的伤 害 作 用 。在 制管 过 J
越 来越 差 , 经过 外部 清洗 处 理和 打高 压没 有解 决 , 我
质 量 极 好 , 电 子 轨 迹 无 交 叉 、 流 性 好 、 腰 平 坦 即 层 注
性好 、 压缩 比小等 因素 。

行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪热形变研究
所 以只介 绍 结构 应力 分 析 的过 程 : ( 1 ) 单 元 转换 。将 栅控 电子枪 热 分析 中采用 的热 单元 s o l i d 7 0和 s o l i d 9 0转换
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成 相应 的结 构单 元 , 即s o l i d 4 5和 s o l i d 9 5 。( 2 ) 设 置结 构应力 分 析所需 材料 属性 。结构 应力 分 析需 设 置 弹性模
控 电子枪 的设 计 和加工 有很 好 的参考 价值 。其 常 温下 的可 靠性研 究 已有文 献 I s ] 报道 , 关 于 电子 枪和栅 控 电子
枪 的组 件 及栅 网 的热分 析也 有 文献 I - 6 — 1 3 1 报道, 而栅 控 电子枪 的热 形 变研 究 却鲜 有 文 献报 道 。栅 控 电子 枪 的 各 组 件尺 寸都 比较 小 , 它们 的热 形变 就更 微小 , 测 量它们 工 作状 态 下 的热 形 变是 比较 困难 的 , 因此 采用 仿 真 模 拟 方 法分 析 。本文介 绍 了对 栅控 电子 枪各 组件 尤其 是 阴极 和栅 网热形 变 的研 究 。
最高处达 0 . 2 8 mm; 控制栅 网、 阴影 栅 、 阴极 及 部 分 支 撑 结 构 向 着 阳极 方 向发 生 形 变 , 由 温 升 引 起 的 形 变 不 会 使 控 制栅 网 和 阴 影 栅 发 生 接 触 或 交 叉 , 而阴极形变量较大 时 , 阴极 与 阴 影 栅 则 存 在 接 触 的 危 险 , 这 对 电子 枪 的
量、 线膨 胀 系数 、 泊松 比等 。( 3 ) 施 加载 荷 。读 人 电子枪 热 分析 结果 文件作 为其 载荷 。此 外 , 为 模拟 支撑结 构对
电子枪 的支 撑作 用 , 在 电子枪 模型 的外 表 面施加 零约 束 。( 4 ) 求 解计 算 。 由于模拟 的是稳 定工 作状 态下 的 电子

回旋行波管低加热功率阴极的研究

回旋行波管低加热功率阴极的研究


收 稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 5 — 0 7 ; 修 订 日期 : 2 0 1 3 — 0 8 — 1 3 基金项 目: 预研基金( 5 1 3 2 3 0 1 0 2 0 3 B ) 作者简介 : 潘成胜( 1 9 8 8 一) , 男, 河南省商丘市 , 硕士研究生 , 主要 从 事 回旋 管 的热 分 析 及 设 计 研 究 ; p c s . 1 2 3 @1 6 3 . c o n。 r
( 3 )
式 中: Q 为热 流率 , e 为 总发 射率 , 为斯 蒂芬一 波 耳兹 曼 常数 , A 为辐 射 面 1的面 积 , F 为 由辐射 面 1到辐 射 面 2的形状 系数 , T 为辐 射 面 1的绝对 温度 , T 。 为辐 射面 2的绝对 温度 。 ANS Y S是 目前 广泛 使用 的有 限元软 件 , 其在 传热 学理 论分 析 上有 着 优越 的性 能 , 可 以准确 模 拟 文 中阴极
阴极 寿命 的重要 途 径l _ 】 。 ] 。随着整 管性 能 的提 高 , 对 阴极热 子组 件 的要求 也 越 来越 高 , 不 仅 要 满足 回旋行 波 管
ห้องสมุดไป่ตู้
设计 要 求 的阴极 发 射 电流 密度指 标 , 而且 要 尽可 能地 降低 热子 的加 热功 率 。 因此 , 提 高 阴极 热子 组件 的加 热效 率是 进 行 回旋行 波 管研 发必 不可 少 的工 作 ] 。文 中基 于 ANS YS有 限元 软件 平 台对 阴极进 行热 分 析 , 研究 了 不 同切 缝数 目、 不 同切缝 深 度 和在 支持 筒外 加热 屏条 件 下 阴极 发 射带 的温 度分 布 , 优 化 了低 加热 功率 的阴极结
构。
1 电 子 枪 阴 极 热 分 析

行波管阴极和热子组件的热特性的数值模拟和实验研究

行波管阴极和热子组件的热特性的数值模拟和实验研究

行波管阴极和热子组件的热特性的数值模拟和实验研究李鑫伟;俞世吉;苏小保;方有维;孟鸣凤;邢艳荣;刘柳平【摘要】阴极热子组件作为星载行波管的核心部件,要求它具备稳定可靠、寿命长久、低功耗的特点.该文利用数值模拟和热测实验对某星载行波管阴极热子组件结构开展了研究,提出一种接触热阻估算方法,模拟了阴极热子组件结构热特性,设计并完成了阴极热子组件结构热测实验,首次获取了结构在一系列热子加热功率下由内到外的温度实测数据.进一步,通过修正阴极热子组件结构热模拟边界及激励,迭代得到接触热阻值,获取了一种高可靠的阴极热子组件结构热模型,实验表明,该热模型阴极温度计算精度在5%以内,结构最大温度计算误差不超过72°C.%As the core component of space traveling wave tubes, the cathode-heater assembly is required to be stable, reliable, long life and low power consumption. In this paper, an estimation method of thermal contact resistance is proposed, and the thermal characteristics of cathode-heater assembly structure are simulated. Meanwhile, thermal experiment is designed and undertaken, and the whole temperature distribution of cathode-heater assembly structure under a variety of heating power is obtained for the first time. Furthermore, the thermal boundary and excitation of cathode-heater assembly structure is modified, and the values of thermal contact resistances are obtained by interactive method. Finally, a high reliable thermal model of cathode-heater assembly structure is obtained. It is revealed that cathode temperature calculating accuracy is within 5%, and the calculating error of whole structure is less than 72°C .【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2016(038)011【总页数】7页(P2965-2971)【关键词】阴极热子组件;热模型;热测实验;接触热阻【作者】李鑫伟;俞世吉;苏小保;方有维;孟鸣凤;邢艳荣;刘柳平【作者单位】中国科学院电子学研究所北京 100190;中国科学院大学北京100049;中国科学院大学北京 100049;中国科学院大学北京 100049;中国科学院大学北京 100049;中国科学院大学北京 100049;中国科学院大学北京 100049;中国科学院大学北京 100049【正文语种】中文【中图分类】O462.1电子枪作为行波管的电子注源,它的性能直接影响到整管的稳定性能和寿命,尤其对于星载行波管,它要求电子枪稳定可靠、寿命长久、功耗低。

相对论行波管

相对论行波管

相对论行波管1. 介绍相对论行波管是一种重要的电子器件,用于产生和放大微波信号。

相对论行波管的原理基于相对论效应和电磁波在晶格中的行进方式。

本文将详细介绍相对论行波管的结构、原理、工作过程和应用。

2. 结构相对论行波管主要由电子枪、电子透镜、螺旋线和聚束系统组成。

2.1 电子枪电子枪是相对论行波管中的电子发射器。

它由发射阴极和加速电极组成。

发射阴极通常采用钨材料,通过加热发射出电子。

加速电极通过给电子施加电场加速电子的速度。

2.2 电子透镜电子透镜用于聚束电子束,使其能够在螺旋线中稳定地传播。

电子透镜可以通过调节聚束磁场的强弱来实现。

2.3 螺旋线螺旋线是相对论行波管的核心部件。

它由金属导线制成,呈螺旋状。

电子束在螺旋线中沿着螺旋线轴向行进,并同时释放出微波信号。

2.4 聚束系统聚束系统用于将微波信号从螺旋线中聚集起来,并传输到输出端口。

聚束系统通常是一系列的磁场和电场组成,通过调节其强弱和分布来实现微波信号的聚束和传输。

3. 原理相对论行波管的原理基于相对论效应和电磁波在晶格中的行进方式。

当电子束在螺旋线中运动时,由于相对论效应的作用,电子束的质量增加,速度减小。

这使得电子束和晶格之间的相互作用变得更加密切。

当电子束的速度接近光速时,其质量增加到无穷大,所以电子束无法继续加速,也无法通过晶格。

在螺旋线中,电子束它释放出微波信号。

这是因为当电子束和晶格相互作用时,部分电子的运动速度会发生改变,产生相应的电场和磁场变化。

这些变化形成了微小的电磁波,并随着电子束的运动向前传播。

4. 工作过程相对论行波管的工作过程可以分为三个阶段:注入阶段、放大阶段和输出阶段。

4.1 注入阶段在注入阶段,电子枪发射出电子束,并通过电子透镜将其聚束。

聚焦后的电子束进入螺旋线,并开始在螺旋线中沿着轴向运动。

4.2 放大阶段在螺旋线中,电子束与晶格相互作用,释放出微波信号。

这些微波信号在螺旋线中继续传播,并逐渐增强。

这是因为电子束不断与晶格相互作用,产生更多的微波信号,并受到聚束系统的聚集。

一种行波管周期永磁聚焦系统设计方法[发明专利]

一种行波管周期永磁聚焦系统设计方法[发明专利]
申请人:电子科技大学 地址:611731 四川省成都市高新区(西区)西源大道2006号 国籍:CN 代理机构:电子科技大学专利中心 代理人:闫树平 更多信息请下载全文后查看
专利内容由知识产权出版社提供
专利名称:一种行波管周期永磁聚焦系统设计方法 专利类型:发明专利 发明人:胡权,范家晖,胡玉禄,朱小芳,杨中海,李斌 申请号:CБайду номын сангаас202010984 077.2 申请日:20200918 公开号:CN112214 84 7A 公开日:20210112
摘要:本发明属于微波真空电子技术领域,具体涉及一种行波管周期永磁聚焦系统设计方法。本 发明针对行波管电子枪和磁系统设计中仿真磁场与实际磁场因起始1/4 周期差异造成的电子枪仿真结 果不同的问题,提出了一种行波管周期永磁聚焦系统设计方法;本发明通过合理设置半周期磁场的峰 值配比,使得仿真磁场分布和实际磁场分布的电子枪仿真注型保持一致,有效减少了行波管电子枪和 磁系统设计的时间成本和人力成本,极大地提高了行波管电子枪和周期永磁聚焦系统的设计效率。

大功率快启双模行波管研制

大功率快启双模行波管研制

-整管研制-大功率快启双模行波管研制张磊,邱立,王严梅,费娜,王月芳,焦江娜,孟凡达(北京真空电子技术研究所,北京100015"摘要:介绍了一种诱饵用大功率快启双模行波管的研制情况,在原有单模大功率行波管的基础上,通过双模电子光学系统和高频结构设计,真正实现了7.5〜18GHz频带下的双模工作。

快启结构和无环控设计的引入使行波管更能适应极限环境的工作条件,为整机的配套使用提供更多可能%关键词:诱饵;双模;快启中图分类号:TN124文献标识码:A文章编号:1002-8935(2021)02-0067-06doi:10.16540/11-2485/tn.2021.02.14Development of9High-Power Fatt Warming-up Dual-Mode TWTZHANG Lei,QIU Li,WANG Yan-mei,FEI Na,WANG Yue-fang JIAO Jiang-na,MENG Fan-da(.Beijing Vacuum Electronics Research Institute,Beijing100015,China"Abstract:This paper introduces the development of a high-power fast warming-up dual-mode traveling waveGube(TWT"forbaiG-sysGems.Basedonoriginalsingle-modehigh-powerTWTs#Ghedual-modeoper-ation in the frequency of7.5〜18GHz is realized through the design of dual-mode electron optical system and high frequency structure.The introduction of fast warming-up structure and non-environmental con­trol design makes the TWT more adaptable to extreme working conditions and provides more application possibiliGiesforGhesysGem.Keywords:Bait-system,Dual-mode,Fast warming-up近年来反舰导弹突防与反导防御技战术手段的对抗与愈发激烈,有源诱饵成为了一种非常有效的自导防御手段,与无源诱饵相比有源诱饵可生干扰,使导能识别目标,诱骗导离实际目标%国内外均十分重视导电子的发展,比较典型的包括:悬停式,美国NULKA有源诱饵、英国MK251ADR“女妖”有源干扰诱饵;拖曳式,英国TOAD舰拖有源诱饵;漂浮式,美国AN/SSQ-95舷外诱饵浮标(1)%由于行波管具有体积小、效率高的特点,常常作为干扰信号的功大器应用于诱饵系统中,美国拖曳式诱饵AN/ALE55最为典型%我国第一代机载拖曳式诱饵弹的发射系统用波管作为发閃%有源诱饵按照干扰样式可以分为阻塞式干扰和欺骗式干囊括样式的干扰样大类。

新型行波管设计与仿真

新型行波管设计与仿真

新型行波管设计与仿真随着科技的不断发展,新型行波管已经成为我们电子科技领域中广泛使用的一种器件。

它有着低噪声、高功率和高效率的特点,可以在雷达、微波通信、太空通信等领域中发挥重要作用。

而其设计及仿真成为新型行波管研制的重要环节。

一、新型行波管的基本原理行波管主要由电子枪、聚束系统、功率耦合器、失真校正系统和调制器等组成。

其中电子枪发射电子,经过聚束系统形成强电磁波并与其它电子起到相互作用的作用。

整个系统的一组相位控制单元将与前一级电荷相对应的相位信号传递给下一级电荷。

行波管的工作原理可以简单地描述如下:聚束系统将电子束转换成轴对称形状且半径为r的行波天线。

电子在行波天线中运动时,它们通过弹性电子-电子散射而与弱场交互作用,这会导致波阻抗的微小变化。

由于行波天线的轴对称性,电荷的平均共振服务生产以沿 z 轴方向传播的行波。

二、新型行波管的设计步骤新型行波管设计步骤主要包括以下几点:1、设计规格:确定设备的工作频率、峰值功率、增益、输入输出特性等参数,以适当权衡设计的实际情况。

2、结构设计:在确定了新型行波管的规格参数后,需要进行具体的结构设计。

这包括对行波管的内部结构、材料、尺寸等进行设计。

3、仿真模拟:采用专门的仿真软件对新型行波管的性能进行模拟并进行优化,为后续的制造提供参考。

4、制造实验:根据最终的设计,运用制造工艺进行实验制造。

这一步骤需要高度精密的设备和工艺水平,以确保新型行波管的性能及质量符合设计要求。

三、模拟仿真技术模拟仿真技术在新型行波管设计中起着重要的作用。

常用的模拟几何和电子学模型包括:有限元法、有限差分法、有限体积法、时域有限差分法、全波分析法等。

这些方法在不同应用和特点下各有优缺点。

因此,需要根据新型行波管的要求和功能进行选择和设计。

常用的行波管仿真软件有CST、HFSS等。

这些软件具有分析、优化和设计新型行波管的功能,为实际设计提供了大大的便利。

与实验相比,仿真计算可以节约成本和时间,也可以更方便地验证行波管的工作原理。

第3章_行波管

第3章_行波管

3.2.1 行波管的结构
(2)磁聚焦系统。电子束从电子枪出来后还 要穿过细长的慢波结构,而且为了得到充 分的能量交换还希望电子束要尽可能地靠 近慢波结构。电子束中电子带负电荷,相 互之间的斥力会使电子束很快发散而打到 慢波结构上去,从而失去将能量交给电磁 场的机会。因此,需要一个磁聚焦系统来 约束电子束,使其能顺利通过慢波结构而 实现放大。
3.2.1 行波管的结构
(3)慢波结构。根据相对论,电子不可能
被加速到光速。若不使电磁波的传播速度 慢下来,电磁波就会在电子旁边高速向前 飞去,电子一会儿处于正电场中被加速, 一会儿处于负电场中被减速。总的结果是 没有明显的加速或减速,也就是没有明显 的能量交换,当然就不可能有放大。因此, 必须使电磁波的相速降到和电子的运动速 度基本相同,以使电子能和电磁波充分交 换能量,放大信号。慢波结构的任务就是 使电磁波的相速降下来。
• 实验结果表明,后者同样可以提高效率和 输出功率,而且只要简单的改变慢波结构 的节距就可以改变相速,因此相速随距离 的变化可以根据需要任意改变,更容易得 到所需的效果。此法已被广泛采用。
3.2.3 行波管的主要特性
• 行波管有很多特性,有些是所有行波管都必须具 有的,有些则是根据行波管的具体要求而提出 (1)工作频率和带宽 (2)输出功率 (3)效率 (4)增益 (5)增益波动与增益斜率 (6)相位灵敏度 (7)调幅调相转换(AM/PM)
3.2.2 行波管的工作原理
使电子的速度略微高于电磁波的速度,那 么群聚在C类电子处的电子将进入减速场区 中,交出能量。A类电子将进入加速场区中 从电磁波处取得能量,但A类电子是极少数, 因此总的结果是电子交出能量,电磁波得 到放大。
3.2.2 行波管的工作原理

32_40GHz宽带大功率行波管的研究进展

32_40GHz宽带大功率行波管的研究进展

32-40GHz宽带大功率行波管的研究进展王自成李海强王莉徐安玉董芳赵建东黄明光刘濮鲲(中国科学院电子学研究所,北京,100080)摘 要:报道了一种32-40GHz宽带大功率行波管的研究进展情况。

在26.5—40GHz范围内功率大于60 W,增益大于35 dB。

功率最大处电子效率大于15%。

关键词:毫米波;宽频带;螺旋线;大功率行波管The Latest Progress in the Development of a 32-40GHz Broad-bandHigh-power Traveling Wave TubeWang zi-cheng, Li Hai-qiang, Wang li, Xu An-yu, Dong Fang,Zhao Jian-dong, Huang Ming-guang, Liu Pu-kun(The Institute of Electronics, Chinese Academy of science,Beijing,100080,China) Abstract: The latest progress in the development of a 32-40GHz broad-band high-power traveling wave tube (TWT) in The Institute of Electronics, Chinese Academy of science, is reported. A TWT has been detected, which has larger than 60 W of power and larger than 35 dB gain from 32 GHz to 40 GHz. The largest electron efficiency reaches 15%.Key words:millimeter wave; wide band; helix; power TWT引 言毫米波行波管在卫星通信、星际通信、电子对抗和雷达等领域具有广泛的应用。

机载行波管高压开关电源的结构设计与性能研究的开题报告

机载行波管高压开关电源的结构设计与性能研究的开题报告

机载行波管高压开关电源的结构设计与性能研究的开题报告标题:机载行波管高压开关电源的结构设计与性能研究研究背景:机载行波管是一种常见的高功率微波放大器,常常用于雷达、通信和导航等应用中。

其运行需要高压直流电源,而目前市面上常见的高压开关电源大多过于笨重和难以集成。

因此,设计一种轻便、高效、可靠的高压开关电源对于机载行波管的应用具有重要的意义。

研究内容:1. 高压开关电源的基本结构设计:设计基于半导体元器件的开关电源,优化电路拓扑结构,提高电源效率和功率密度。

2. 功能性能测试与分析:设计合适的测试方案,测试高压开关电源的输出特性、效率、稳定性等性能指标,并分析其优缺点。

3. 集成应用实现:将高压开关电源集成到机载行波管中,测试系统整体性能,并进行实际应用测试。

研究目的:1. 提高机载行波管的使用效率和可靠性。

2. 探索开发新型高压开关电源,促进相关技术的研究和推广应用。

3. 为实现更加智能、高效的机载行波管系统提供技术支持。

研究方法:1. 理论分析与探索:研究高压开关电源的基本原理和设计要点,结合相关文献对比,确定最优方案。

2. 电路设计与仿真:使用电路设计软件进行高压开关电源的详细设计和仿真,优化电路结构。

3. 实验测试:根据设计方案进行实验搭建,测试电源的性能指标,并对测试结果进行数据分析和比较,确定其可行性和优越性。

预期成果:1. 设计出高效、可靠的高压开关电源,为机载行波管应用提供技术支持。

2. 通过实验测试和数据分析,评估所设计高压开关电源的性能指标,优化电路设计方案。

3. 将研究成果应用到实际机载行波管系统中,评估整体系统性能,并提出可行性建议。

关键词:高压开关电源,机载行波管,微波放大器,半导体元器件,效率。

空间行波管

空间行波管

空间行波管简介空间行波管是一种重要的微波放大器,主要用于空间通信和卫星通信等领域。

本文将从原理、结构、工作特性和应用等方面进行全面的探讨。

原理空间行波管利用电子束的行波特性实现微波信号的放大。

其工作原理如下: 1. 微波信号从输入口进入空间行波管,并通过行波导结构传播。

2. 电子枪发射的电子束被磁场聚焦,与微波信号发生相互作用。

3. 微波信号的能量被传递给电子束,使其速度发生微小的变化。

4. 调制后的电子束在行波导内沿着微波信号的方向传播,同时与微波信号发生相位同步。

5. 电子束在行波导内不断进行速度调制,微波信号的能量得以不断增加。

6. 最后,经过一系列聚焦和收集结构的作用,放大后的微波信号从输出口输出。

结构空间行波管的主要结构包括: 1. 行波导:空间行波管内部的空间场结构,用于传递和放大微波信号。

2. 电子枪:用于产生电子束的发射部件,通常由热阴极和聚束电极组成。

3. 磁聚焦系统:通过调节磁场分布,使电子束的速度和强度得到控制和聚焦。

4. 能量耦合器:用于将微波信号耦合到电子束中,实现能量传递。

5. 谐振腔:用于调节微波信号的频率和增益,并实现波导和空间场之间的耦合。

工作特性空间行波管具有以下工作特性: 1. 宽频带:由于空间行波管采用螺旋线型的结构,可以实现宽频带的工作。

2. 高增益:空间行波管可以提供很高的增益,通常在30dB以上。

3. 低噪声:相比其他放大器,空间行波管具有较低的噪声特性。

4. 大功率:空间行波管可以提供较大的输出功率,通常在几千瓦到几十千瓦之间。

5. 高线性:空间行波管在放大微弱信号时具有较好的线性特性,不会引入失真。

应用空间行波管广泛应用于以下领域: 1. 空间通信:空间行波管在卫星通信中扮演着重要的角色,用于放大和传输微波信号。

2. 飞行器通信:空间行波管可用于航空和航天器上的通信系统,提供稳定和高效的信号放大。

3. 科学研究:空间行波管在科学研究中用于放大微弱信号,如天线接收信号以及物理实验中的信号放大。

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4 .安 徽 华 东 光 电技 术 研 究 所 ,安 徽 芜 : 利 用 ANS YS软 件 建 立 某 Ka 段 行 波管 2mm 阴 极 电 子 枪 的 有 限 元 模 型 , 进 行 稳 态 及 瞬 态 波 并 热 分 析 , 取 热 流 矢 量 图与 温 度 分 布 图 , 到 阴 极 稳 态 时 的 温 度 分 布 及 预 热 时 间 。对 电子 枪 样 品 进 行 实 验 测 提 得 试 , 到 的 实 测 温 度 与 模 拟 温 度 相 差 2 , 而 在 误 差 允 许 的范 围 内有 限元 方 法 是 可 行 的 。根 据 热 流 矢 量 图 对 得 因
电子 枪性 能对 行 波管 的质 量 、 可靠性 和 寿命 有着 重要 的影 响 。整 管性 能 的提 高 对 电子 枪 性 能 的要 求 也越 来越高, 而其 中最 为关 键 的就是 热性 能 。 电子 枪合 理 的热设 计是 改 进行 波管 性能 的重 要手 段之 一 , 响着 阴极 影 的发 射性 能 和寿命 口 。行波 管 在 正 常工 作 时 , ] 阴极 是 电子 枪 中热 量 最 集 中 的部 分 , 的 温度 一 般 高达 10 0 它 0
1 热 分 析 模 拟
1 1 有 限 元 模 型 的 建 立 .
行 波管 电子 枪 主要 由热 子 、 子 陶 瓷 、 热 阴极 、 阴极 筒 、 阴极 支持 座 、 热
屏 蔽筒 、 阴控组 件 、 阳极 等组 成 。其 中 , 旋 结构 的热 子是 电子 枪 的 生热 螺 部 件 , 了建 模方 便 , 为 降低 计算 量 , 其截 面 简化 为对 应 尺 寸 的矩 形 。考 将
本研 究 中采用 的是 某 Ka波 段 行 波 管 2mm 阴极 电子 枪 , 结 构 上 在
做 了如下 的改 进 : 1 将 材料 为 铌 的 阴极 支 持 筒 定 位 件 与支 持 筒 焊 接 处 () 开槽 , 图 2中 A 点 所示 。该 结构 方便 焊 接 , 高 了 电子 枪 的装 配 效率 , 如 提 同时减 少 了热 量 向 电子 枪 支 持 筒及 壳 筒 间 的传 导 , 省 了加 热 功 率 , 节 另 外 也减 轻 了质 量 , 以更 好 地满 足行 波 管在 空 间 系统 应 用 上对 质 量 的 要 可
第 2 3卷第 1 期 2 21 0 1年 1 2月
强 激 光 与 粒 子 束
HI GH POW ER LASER AN D PARTI CLE BEAM S
V o1 2 . 3,N O. 2 1
De ., 2 11 c 0
文 章 编 号 : l O 一 3 2 2 1 ) 23 2 — 5 O I4 2 ( 0 1 1 — 4 10
虑 到 电子枪 是轴 对称 结构 , 采用 由内 向外 的 方 式 建立 1 2的模 型 。电 故 /
子枪 结 构非 常复 杂 , 防 止 网 格 划分 时 出现 单 元 退 化 而 影 响 计 算 精 度 , 为 因此 在选 用单 元 类型 时 , 用 1 采 O节 点 四面 体 的 S I 7单 元作 为分 析 OL D8 单元 , 终形 成 的实体 模 型如 图 1 示 。 最 所
应 能 力
关 键 词 : 电子 枪 ; 热 分 析 ; 热 流 密 度 ; 预 热 时 间 ; 结 构 优 化
中 图分 类 号 : T 2 N1 4 文献标志码 : A

d i 1 . 7 8 HP P 2 1 2 1 . 4 1 o:0 3 8 / L B 0 13 2 3 2
℃ 。对 于 电子 枪而 言 , 既要 有一 定 的工作 温度 , 以产生 足 够强 的电子 流 , 度又 不 能 过 高 , 止 阴极 蒸 发 , 温 防 避免
电子枪 烧 毁 。因 此 , J 定性 和定量 地研 究温 度 对 电子枪 的影 响 , 化 电子枪 的结 构是 解 决 电子 枪稳 定性 和 可靠 优 性 的有 效 途径 。国 内外 开展 了较 多 的 行 波管 电子 枪 热 分 析 的研 究 ] 这 些 研 究 工作 聚焦 于温 度 分 布 及 热形 , 变 。本 文利 用 ANS YS程序 , 对某 Ka 段行 波管 2mm 阴极 电子 枪 进行 了稳 态热 分 析 , 据 热分 析 中的热 流 波 根 矢 量分 布 阴极屏 蔽 筒 的结构 , 研究 了优 化前 后 阴极 的温 升及 预热 时 间的变 化 。 并
热 屏 蔽 简 进 行 结 构 优 化 , 化后 , 优 阴极 温 度 比优 化 前 提 高 了 2 8℃ , 枪 最 高 温 度 提 高 了 2 整 7℃ , 极 预 热 时 间 缩 阴
短 了 4 , 短 幅 度 达 到 3 。优 化 后 的结 构 较 大 程 度 地 提 高 了 阴 极 的快 启 动 性 能 , 升 了 行 波 管 的 快 速 反 0S缩 3 提
Fi . S l d l fe e t o u g 1 o i mo e l c r n g n d o
图 1 电 子 枪 实体 模 型
行 波 管 电子 枪 热 分 析 与 结 构 优 化 设 计
刘 磊 , 阮久福 , 杨 军 , 吕国强 。 邓光晟 。 贺兆 昌 , 张文丙 。 。 , ,
(.特 种 显 示 技 术 国家 工 程 实 验 室 ,省 部 共 建 现 代 显示 技 术 国 家 重 点 实 验 室 , 种 显 示 技 术 教 育 部 重 点 实 验 室 , 肥 2 0 0 1 特 合 309 2 肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 , 肥 200 ; 3 .合 合 3 0 9 .合 肥 工业 大 学 光 电技 术 研 究 院 ,合肥 2 0 0 ; 3 0 9
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