W波段宽扩展互作用速调管谐振系统研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学物理电子学院 作者:殷 勇

  针对在高频率、高效率、低磁场以及低电压工作方面具有自身独特优势的扩展互作用速调管( EIK) 谐振系统进行了研究,主要目的是在保持其已有优势的情况下增加带宽。在EIK 谐振系统研究的基础上,通过优化慢波结构和谐振腔来达到增加其带宽的目的。在此基础上完成了带宽为2.8 GHz,工作在2P模式的宽带EIK 谐振系统设计。

  W波段作为毫米波大气窗口之一,位于毫米波到亚毫米波的结合区域,其在新一代宽带通信、空间通讯、精确制导、数据转发以及高分辨率雷达等方面有着广泛的应用。能否发展出一种结构紧凑、高功率密度的小型化W 波段放大器对该频段的发展和应用具有重要意义。同时,这也是真空电子技术向亚毫米波甚至太赫兹频段扩展的必经之路。目前,真空电子技术领域的W 波段高功率放大器主要是由行波管来实现,行波管连续波输出功率水平在几十瓦左右,脉冲功率可以达到千瓦级。对于行波管来说,由于受到互作用电路尺寸的限制,慢波结构较长,同时功率容量有限,要实现千瓦级至数十千瓦级的连续波输出相当困难。

  扩展互作用速调管(EIK) 在宽频带、高频率、高效率、低磁场以及低电压工作方面,具有自身独特优势,可以实现小型化,其在导弹导引头、地面和空间高分辨雷达系统、宽带通信等方面具有广泛的应用空间。目前加拿大CPI 公司在W 波段已实现峰值功率3 kW,连续波功率100 W 的EIK 管型。为获得宽带EIK,通常是在同一个腔体内引入多间隙结构,使得EIK工作在多个模式,有报道称采用这种方式的95 GHz 宽带多模EIK 的工作带宽可达到2.25GHz。

  本文对EIK 进行了研究,通过对扩展互作用谐振腔中两个主要因素: 慢波结构和谐振腔的研究,指出了可通过优化慢波结构和谐振腔来增加其带宽的方法。在此基础上完成了带宽为2.8GHz,工作在2P模式的宽带EIK 谐振系统设计,对谐振系统的理论与仿真结果一致,满足设计指标。

结论

  本文针对W 波段宽带EIK 谐振系统进行了研究,通过采用准周期结构,实现了W 波段的宽带EIK 谐振系统,同时指出了增加带宽对慢波电路的耦合阻抗和整管工作效率的影响。在此基础上对具有耦合输入结构的EIK 谐振系统进行了仿真,结果表明该谐振系统的带宽达2.8GHz,满足工作带宽大于2GHz 的W 波段EIK 设计指标。目前加工图纸已交加工方,待完成后进行实验测试。

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