带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究

陈姝媛; 阮存军; 王勇

doi:10.7498/aps.63.028402

摘要

带状注扩展互作用速调管（SBEIK）结合了带状注速调管与扩展互作用速调管的优势，在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术潜力. 本文提出了应用于SBEIK的五间隙哑铃型扩展互作用耦合腔输出回路的等效电路模型，获得了建立复杂多间隙扩展互作用腔的等效电路理论的方法.通过推导出的理论，快速确定了五间隙扩展互作用耦合腔的工作模式、谐振频率及间隙阻抗矩阵，由间隙阻抗的频率特性曲线快速估算出各模式对应的带宽，分析研究了耦合系数k以及Qe对于多间隙腔模式频率间隔及带宽的影响. 此外，利用三维PIC 仿真软件对相应的SBEIK 五间隙输出腔高频特性进行了粒子模拟，结果表明，三维仿真获得的工作模式带宽特性与等效电路法计算结果基本一致，证明了本文所建立的等效电路方法的准确性和有效性.

关键词:

Abstract

Sheet beam extended interaction klystron, which has both the advantages of sheet beam klystron and extended-interaction klystron (EIK), has become a key technique for developing high power microwave and millimeter-wave vacuum electron devices. An equivalent circuit of the five-gap output cavity for sheet beam EIK is proposed in this paper. The mode, resonant frequency, and the cavity impedance can be calculated by using the method of equivalent circuit efficiently. The bandwidth could be estimated by the curve of cavity impedance versus frequency. The influences of coupling coefficient (k) and external Q (Qe) on mode frequency interval and bandwidth are discussed. In order to test and verify the method of equivalent circuit, the 3D-PIC simulation of output cavity is conducted. The bandwidths under different values of external Q are calculated in two ways. The results accord well with each other. It is confirmed that the method of equivalent circuit for sheet beam EIK is accurate and credible. This is useful for the design of the whole tube.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院电子学研究所, 中国科学院高功率微波源与技术重点实验室, 北京 100190;

2.
中国科学院大学, 北京 100049

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：61222110，60971073，61172015）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of High Power Micriwave Sources and Technology, Institute of Electronics Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61222110, 60971073, 61172015).

参考文献

[1]	Zhang X F, Ruan C J, Luo J R, Ruan W, Zhao D 2011 Acta Phys. Sin. 60 068402 (in Chinese) [张小锋, 阮存军, 罗积润, 阮望, 赵鼎 2011 60 068402]
[2]	Ruan C J, Wang S Z, Han Y, Li Q S 2011 Acta Phys. Sin. 60 084105 (in Chinese) [阮存军, 王树忠, 韩莹, 李庆生 2011 60 084105]
[3]	Zhang K C, Wu Z H, Liu S G 2008 Chin. Phys. B 17 3402
[4]	Shin Y M, Barnett L R, Luhmann N C 2009 IEEE Trans. Electron Dev. 56 3196
[5]	Shin Y M, Wang J X, Barnett L R, Luhmann N C 2011 IEEE Trans. Electron Dev. 58 251
[6]	Nguyen K T, Pershing D, Wright E L, Pasour J, Calame J, Ludeking L, Rodgers J, Petillo J 2007 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Kitakyushu, Japan, May 15–17, 2007 p1
[7]	Nguyen K T, Pasour J, Wright E L, Pershing D, Levush B 2009 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Rome, Italy, April 28–30, 2009 p298
[8]	Pasour J, Nguyen K T, Wright E L, Balkcum A, Atkinson J, Cusick M, Levush B 2011 IEEE Trans. Electron Dev. 58 1791
[9]	Pasour J, Wright E, Nguyen K, Balkcum A, Pershing D, Levush B 2013 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Paris, France, May 21–23, 2013 p1
[10]	Wang S Z, Ma J, Wang Y, QuanY M 2010 J. Infrared Millim. Waves 29 105 (in Chinese) [王树忠, 马菁, 王勇, 全亚民 2010 红外与毫米波学报 29 105]
[11]	Zhong Y, Ding H B, Wang S Z, Ruan C J, Liang Y, Liu W X 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 3055 (in Chinese) [钟勇, 丁海兵, 王树忠, 阮存军, 梁源, 刘文鑫 2011 强激光与粒子束 23 3055]
[12]	Chen S Y, Ruan C J, Ruan W, Wang Y, Zhang X F 2012 J. Infrared Millim. Waves 31 360 (in Chinese) [陈姝媛, 阮存军, 阮望, 王勇, 张小峰 2012 红外与毫米波学报 31 360]
[13]	Ding Y G, Lu X H 1982 J. Electron. 4 174 (in Chinese) [丁耀根, 陆校厚 1982 电子学通信 4 174]
[14]	Lin F M, Ding Y G, Zhang Z Q, Huang Y P 2004 J. Electron. Inform. Technol. 26 1480 (in Chinese) [林福民, 丁耀根, 张志强, 黄云平 2004 电子与信息学报 26 1480]

施引文献

[1]	Zhang X F, Ruan C J, Luo J R, Ruan W, Zhao D 2011 Acta Phys. Sin. 60 068402 (in Chinese) [张小锋, 阮存军, 罗积润, 阮望, 赵鼎 2011 60 068402]
[2]	Ruan C J, Wang S Z, Han Y, Li Q S 2011 Acta Phys. Sin. 60 084105 (in Chinese) [阮存军, 王树忠, 韩莹, 李庆生 2011 60 084105]
[3]	Zhang K C, Wu Z H, Liu S G 2008 Chin. Phys. B 17 3402
[4]	Shin Y M, Barnett L R, Luhmann N C 2009 IEEE Trans. Electron Dev. 56 3196
[5]	Shin Y M, Wang J X, Barnett L R, Luhmann N C 2011 IEEE Trans. Electron Dev. 58 251
[6]	Nguyen K T, Pershing D, Wright E L, Pasour J, Calame J, Ludeking L, Rodgers J, Petillo J 2007 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Kitakyushu, Japan, May 15–17, 2007 p1
[7]	Nguyen K T, Pasour J, Wright E L, Pershing D, Levush B 2009 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Rome, Italy, April 28–30, 2009 p298
[8]	Pasour J, Nguyen K T, Wright E L, Balkcum A, Atkinson J, Cusick M, Levush B 2011 IEEE Trans. Electron Dev. 58 1791
[9]	Pasour J, Wright E, Nguyen K, Balkcum A, Pershing D, Levush B 2013 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Paris, France, May 21–23, 2013 p1
[10]	Wang S Z, Ma J, Wang Y, QuanY M 2010 J. Infrared Millim. Waves 29 105 (in Chinese) [王树忠, 马菁, 王勇, 全亚民 2010 红外与毫米波学报 29 105]
[11]	Zhong Y, Ding H B, Wang S Z, Ruan C J, Liang Y, Liu W X 2011 High Power Laser and Particle Beams 23 3055 (in Chinese) [钟勇, 丁海兵, 王树忠, 阮存军, 梁源, 刘文鑫 2011 强激光与粒子束 23 3055]
[12]	Chen S Y, Ruan C J, Ruan W, Wang Y, Zhang X F 2012 J. Infrared Millim. Waves 31 360 (in Chinese) [陈姝媛, 阮存军, 阮望, 王勇, 张小峰 2012 红外与毫米波学报 31 360]
[13]	Ding Y G, Lu X H 1982 J. Electron. 4 174 (in Chinese) [丁耀根, 陆校厚 1982 电子学通信 4 174]
[14]	Lin F M, Ding Y G, Zhang Z Q, Huang Y P 2004 J. Electron. Inform. Technol. 26 1480 (in Chinese) [林福民, 丁耀根, 张志强, 黄云平 2004 电子与信息学报 26 1480]

[1]	骆新耀, 薛宇哲, 徐彻, 杜创洲, 刘庆想. 基于T形四周期谐振慢波结构的X波段高功率微波产生技术的理论与仿真. , 2024, 73(9): 094101. doi: 10.7498/aps.73.20231921
[2]	谢冰鸿, 徐国凯, 肖绍球, 喻忠军, 朱大立. 非线性磁电换能器模型的谐振磁电效应分析及其输出功率优化. , 2023, 72(11): 117501. doi: 10.7498/aps.72.20222277
[3]	宁仁霞, 黄旺, 王菲, 孙剑, 焦铮. 双明模耦合的双波段类电磁诱导透明研究. , 2022, 71(1): 014201. doi: 10.7498/aps.71.20211312
[4]	宁仁霞, 黄旺, 王菲, 孙剑, 焦铮. 双明模耦合的双波段类电磁诱导透明研究. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211312
[5]	李宇涵, 邓联文, 罗衡, 贺龙辉, 贺君, 徐运超, 黄生祥. 双层螺旋环超表面复合吸波体等效电路模型及微波损耗机制. , 2019, 68(9): 095201. doi: 10.7498/aps.68.20181960
[6]	董烨, 刘庆想, 庞健, 周海京, 董志伟. 二次电子倍增对射频平板腔建场过程的影响. , 2018, 67(17): 177902. doi: 10.7498/aps.67.20180656
[7]	李思佳, 曹祥玉, 高军, 郑秋容, 赵一, 杨群. 低雷达散射截面的超薄宽带完美吸波屏设计研究. , 2013, 62(19): 194101. doi: 10.7498/aps.62.194101
[8]	吴超, 吕绪良, 曾朝阳, 贾其. 基于阻抗模拟的等效电磁参数研究. , 2013, 62(5): 054101. doi: 10.7498/aps.62.054101
[9]	王秀芝, 高劲松, 徐念喜. 利用等效电路模型快速分析加载集总元件的微型化频率选择表面. , 2013, 62(20): 207301. doi: 10.7498/aps.62.207301
[10]	张小丽, 林书玉, 付志强, 王勇. 弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究. , 2013, 62(3): 034301. doi: 10.7498/aps.62.034301
[11]	胡丰伟, 包伯成, 武花干, 王春丽. 荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究. , 2013, 62(21): 218401. doi: 10.7498/aps.62.218401
[12]	刘国, 王建勋, 罗勇. W波段带状注速调管准光输出结构改进设计. , 2013, 62(7): 078404. doi: 10.7498/aps.62.078404
[13]	胡永刚, 夏风, 肖建中, 雷超, 李向东. 基于阻抗模型解析的氧化锆固体电解质组织结构演变模型. , 2012, 61(9): 098102. doi: 10.7498/aps.61.098102
[14]	周静, 刘存金, 李儒, 陈文. 异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响. , 2012, 61(6): 067401. doi: 10.7498/aps.61.067401
[15]	白春江, 李建清, 胡玉禄, 杨中海, 李斌. 利用等效电路模型计算耦合腔行波管注-波互作用. , 2012, 61(17): 178401. doi: 10.7498/aps.61.178401
[16]	包伯成, 胡文, 许建平, 刘中, 邹凌. 忆阻混沌电路的分析与实现. , 2011, 60(12): 120502. doi: 10.7498/aps.60.120502
[17]	刘鹏, 贺颖, 李俊, 朱刚强, 边小兵. 添加Nb对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响. , 2007, 56(9): 5489-5493. doi: 10.7498/aps.56.5489
[18]	辛宏梁, 袁望治, 程金科, 林宏, 阮建中, 赵振杰. NiFeCoP/BeCu复合结构丝的巨磁阻抗效应和磁化频率特性. , 2007, 56(7): 4152-4157. doi: 10.7498/aps.56.4152
[19]	李洪奇. 介观压电石英晶体等效电路的量子化. , 2005, 54(3): 1361-1365. doi: 10.7498/aps.54.1361
[20]	王均宏. 脉冲电压电流沿偶极天线传播过程的等效电路法分析. , 2000, 49(9): 1696-1701. doi: 10.7498/aps.49.1696

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