140GHz大功率交错双栅行波管的设计和模拟研究

赖剑强; 魏彦玉; 许雄; 沈飞; 刘洋; 刘漾; 黄民智; 唐涛; 宫玉彬

doi:10.7498/aps.61.178501

摘要

采用交错双栅结构,结合带状电子注,研究了一种工作在140 GHz频段的大功率行波管. 本振模数值计算表明该结构具有良好的色散特性和耦合阻抗.针对所采用的慢波结构, 提出了慢波过渡结构、输入输出耦合器和集中衰减器,保证了行波管的良好工作. 利用三维大信号模拟计算的方法得到的结果显示,当电子注直流功率为5.115 kW,输入信号功率为0.1 W时, 所研究的行波管能在132152 GHz范围内提供大于300 W的峰值功率,其中在138 GHz时得到最大功率546 W, 对应增益为37.37 dB.当在0.0270.46 W内调节输入信号功率,可以保持该行波管在128152 GHz 频带内得到大于440 W的峰值功率,对应的电子效率大于8.6%. 结果显示该行波管将在大功率短毫米波领域具有重要意义和潜在应用价值.

关键词:

Abstract

Staggered double vane slow wave structure (SWS) and sheet electron beam are employed to investigate a 140 GHz high power traveling wave tube. Numerical calculation of eigenmode shows that the SWS has a good characteristic of dispersion and interaction impedance. The transition structure, input/output coupler and concentrated attenuator are especially proposed for the circuit to ensure that the tube will work well. Particle-in-cell simulation results demonstrate that the traveling wave tube can provide over 300 W of peak power in a frequency range of 132-152 GHz with a maximum of 546 W and a corresponding gain of 37.37 dB at 138 GHz assuming a beam power to be 5.115 kW and input power to be 0.1 W. The output power of the tube can exceed 440 W in a frequency range of 128-152 GHz with a corresponding interaction efficiency of over 8.6% when the input powers range from 0.027 W to 0.46 W. Such a traveling wave tube has a great significance and a potential application in high power short millimeter wave field.

Keywords:

作者及机构信息

1.
电子科技大学物理电子学院, 微波电真空器件国家级重点实验室, 成都 610054

基金项目: 国家杰出青年科学基金(批准号: 61125103);国家自然科学基金(批准号: 60971038) 和中央高校基本科研业务费(批准号: ZYGX2009Z003)资助的课题.

Authors and contacts

1.
National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics, School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China

Funds: Project supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars of China (Grant No. 61125103), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60971038), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant No. ZYGX2009Z003).

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