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V形曲折矩形槽慢波结构的研究

刘洋 徐进 许雄 沈飞 魏彦玉 黄民智 唐涛 王文祥 宫玉彬

V形曲折矩形槽慢波结构的研究

刘洋, 徐进, 许雄, 沈飞, 魏彦玉, 黄民智, 唐涛, 王文祥, 宫玉彬
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  • 提出了一种新型的慢波结构V形曲折矩形槽慢波结构, 该结构是由矩形槽波导沿其E面法向周期性呈V形折叠而成, 其两金属板之间的间隙形成天然的带状电子注通道. 相比传统的U形曲折矩形槽波导, 它能在保持良好高频特性的情况下增加互作用面积, 从而可以采用面积更大的带状电子注以获得更大的输出功率. 分析了该结构的高频特性, 在V波段完成了对行波管互作用电路的设计, 并利用三维粒子模拟的方法估计了其工作性能. 研究结果表明, 当工作电压和电流分别为12.8 kV和600 mA 时, 在5864 GHz的频率范围内饱和平均输出功率大于1000 W, 相应的饱和增益和电子效率分别大于33 dB和13.2%.
    • 基金项目: 国家杰出青年科学基金(批准号: 61125103), 国防科技重点实验室基金(批准号: 9140C050101110C0501)和中央高校基本科研业务费项目(批准号: ZYGX2009Z003, ZYGX2010J054)资助的课题.
    [1]

    Feng J J, Hu Y F, Cai J, Wu X P, Tang Y 2010 Vacuum Electronics 02 27 (in Chinese) [冯进军, 胡银富, 蔡军, 邬显平, 唐烨 2010 真空电子技术 02 24]

    [2]

    Ding Y G, Liu P K, Zhang Z C, Wang Y 2011 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Bangalore, India, Feb. 21—24, 2011 p525

    [3]

    Safier P N, Dronov V, Antonsen T M, Qiu J X, Danly B G, Levush B 2006 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 54 3605

    [4]

    Kornfeld G K, Bosch E, Gerum W, Fleury G 2001 IEEE Trans. Electron Devices 48 68

    [5]

    Feng J J, Qu B 2010 Vacuum Electronics 02 16 (in Chinese) [冯进军, 瞿波 2010 真空电子技术 02 16]

    [6]

    Vancil B K 2004 Proceedings of the 5th International Vacuum Electron Sources Conference Beijing, China, Sept. 6—10, 2004 p23

    [7]

    Parker R K, Abrams R H, Jr., Danly B G, Levush B 2002 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 50 835

    [8]

    Abrams R H, Levush B, Mondelli A A, Parker R K 2001 IEEE Microwave Magazine 2 61

    [9]

    Hu Y L, Yang Z H, Li B, Li J Q, Huang T, Jin X L, Zhu X F, Liang X P 2010 Acta. Phys. Sin. 59 5439 (in Chinese) [胡玉禄, 杨中海, 李斌, 李建清, 黄桃, 金晓林, 朱小芳, 梁献晋 2010 物理学报 59 5439]

    [10]

    Hao B L, Xiao L, Liu P K, Li G C, Jiang Y, Yi H X, Zhou W 2009 Acta. Phys. Sin. 58 3118 (in Chinese) [郝保良, 肖刘, 刘濮鲲, 李国超, 姜勇, 易红霞, 周伟 2009 物理学报 58 3118]

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    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo Wei 2011 Acta. Phys. Sin. 60 051101 (in Chinese) [崔健, 罗积润, 朱敏, 郭炜 2011 物理学报 60 051101]

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    [14]

    He J, Wei Y Y, Gong Y B, Wang W X 2010 Acta. Phys. Sin. 59 6659 (in Chinese) [何俊, 魏彦玉, 宫玉彬, 段兆云, 路志刚, 王文祥 2010 物理学报 59 6659]

    [15]

    Zhang C Q, Gong Y B, Wei Y Y, Wang W X 2010 Acta. Phys. Sin. 59 6653 (in Chinese) [张常青, 宫玉彬, 魏彦玉, 王文祥 2010 物理学报 59 6653]

    [16]

    He J, Wei Y Y, Gong Y B, Wang W X 2011 Chin. Phys. B 20 054102

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    Zheng R L, Ohlckers P, Chen X Y 2011 IEEE Trans. Electron Devices 58 2164

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    Wang W X, Tang T, Yue L N, Zhao G Q, Wei Y Y, Gong Y B Clinese Patent 200910060072.4[2009-07022] (in Chinese) [王文祥, 唐涛, 岳玲娜, 赵国庆, 魏彦玉, 宫玉彬 中国专利 200910060072.4 [2009-07-22]]

    [19]

    Tian Y Y, Yue L N, Xu X, Wang W X, Xu J, Wei Y Y, Gong Y B 2011 Proceedings of the 18th Institute of Chinese Electronics Conf. on Microwave tubes Hunan, China, Aug. 20—23 2011 p61(in Chinese) [田艳艳, 岳玲娜, 许雄, 王文祥, 徐进, 魏彦玉, 宫玉彬 2011 中国电子学会真空电子分会第十八届学术年会湖南、张家界 Aug. 20—23 2011 p61]

    [20]

    Xue D H, Wang W X, Yue L N, Wei Y Y, Gong Y B 2006 Vacuum Electronics 03 11 (in Chinese) [薛东海, 王文祥, 岳玲娜, 魏彦玉, 宫玉彬 2006 真空电子技术 03 11]

    [21]

    Tischer F J 1963 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 11 291

    [22]

    Liu J Y, Qin J Z Chinese Journal of Radio Science 1991 Z1 443 (In Chinese) [刘金莹, 秦建章 电波科学学报 1991 Z1 443]

    [23]

    Wilson J D, Kory C L 1995 IEEE Trans. Electron Devices 42 2015

    [24]

    Baig A, Wang J X, Barnett L R, N L Jr, Shin Y M 2011 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Bangalore, India, Feb. 21—24, 2011 p351

    [25]

    Nguyen K T, Pasour J A 2009 IEEE trans. Electron devices 55 744

    [26]

    Wilson J D, Ramins P, Force D A 1991 Proceedings of International Electron Devices Meeting Washington, USA, Dec. 8—11, 1991 p585

    [27]

    Liu Y, Gong Y B, Wei Y Y, Xu J, Duan Z Y, Wang W X 2010 Proceedings of 8th International Vacuum Electron Sources Conference and NANO carbon Nanjing, China, Oct. 14—16, 2010 p249

  • [1]

    Feng J J, Hu Y F, Cai J, Wu X P, Tang Y 2010 Vacuum Electronics 02 27 (in Chinese) [冯进军, 胡银富, 蔡军, 邬显平, 唐烨 2010 真空电子技术 02 24]

    [2]

    Ding Y G, Liu P K, Zhang Z C, Wang Y 2011 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Bangalore, India, Feb. 21—24, 2011 p525

    [3]

    Safier P N, Dronov V, Antonsen T M, Qiu J X, Danly B G, Levush B 2006 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 54 3605

    [4]

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    [5]

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    [6]

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    [7]

    Parker R K, Abrams R H, Jr., Danly B G, Levush B 2002 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 50 835

    [8]

    Abrams R H, Levush B, Mondelli A A, Parker R K 2001 IEEE Microwave Magazine 2 61

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    Hao B L, Xiao L, Liu P K, Li G C, Jiang Y, Yi H X, Zhou W 2009 Acta. Phys. Sin. 58 3118 (in Chinese) [郝保良, 肖刘, 刘濮鲲, 李国超, 姜勇, 易红霞, 周伟 2009 物理学报 58 3118]

    [11]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo Wei 2011 Acta. Phys. Sin. 60 051101 (in Chinese) [崔健, 罗积润, 朱敏, 郭炜 2011 物理学报 60 051101]

    [12]

    Cui J, Luo J R, Zhu M, Guo Wei 2011 Acta. Phys. Sin. 60 061101 (in Chinese) [崔健, 罗积润, 朱敏, 郭炜 2011 物理学报 60 061101]

    [13]

    He J, Wei Y Y, Gong Y B, Wang W X 2010 Acta. Phys. Sin. 59 2843 (in Chinese) [何俊, 魏彦玉, 宫玉彬, 段兆云, 王文祥 2010 物理学报 59 2843]

    [14]

    He J, Wei Y Y, Gong Y B, Wang W X 2010 Acta. Phys. Sin. 59 6659 (in Chinese) [何俊, 魏彦玉, 宫玉彬, 段兆云, 路志刚, 王文祥 2010 物理学报 59 6659]

    [15]

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    [16]

    He J, Wei Y Y, Gong Y B, Wang W X 2011 Chin. Phys. B 20 054102

    [17]

    Zheng R L, Ohlckers P, Chen X Y 2011 IEEE Trans. Electron Devices 58 2164

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    Wang W X, Tang T, Yue L N, Zhao G Q, Wei Y Y, Gong Y B Clinese Patent 200910060072.4[2009-07022] (in Chinese) [王文祥, 唐涛, 岳玲娜, 赵国庆, 魏彦玉, 宫玉彬 中国专利 200910060072.4 [2009-07-22]]

    [19]

    Tian Y Y, Yue L N, Xu X, Wang W X, Xu J, Wei Y Y, Gong Y B 2011 Proceedings of the 18th Institute of Chinese Electronics Conf. on Microwave tubes Hunan, China, Aug. 20—23 2011 p61(in Chinese) [田艳艳, 岳玲娜, 许雄, 王文祥, 徐进, 魏彦玉, 宫玉彬 2011 中国电子学会真空电子分会第十八届学术年会湖南、张家界 Aug. 20—23 2011 p61]

    [20]

    Xue D H, Wang W X, Yue L N, Wei Y Y, Gong Y B 2006 Vacuum Electronics 03 11 (in Chinese) [薛东海, 王文祥, 岳玲娜, 魏彦玉, 宫玉彬 2006 真空电子技术 03 11]

    [21]

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    Wilson J D, Kory C L 1995 IEEE Trans. Electron Devices 42 2015

    [24]

    Baig A, Wang J X, Barnett L R, N L Jr, Shin Y M 2011 Proceedings of IEEE International Vacuum Electronics Conference Bangalore, India, Feb. 21—24, 2011 p351

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    [27]

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  • [1] 岳玲娜, 王文祥, 魏彦玉, 宫玉彬. 同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4223-4228. doi: 10.7498/aps.54.4223
    [2] 肖刘, 刘濮鲲, 易红霞, 郝保良, 李飞, 李国超. 基于电子注可回收能力的空间行波管慢波结构的优化设计. 物理学报, 2011, 60(6): 068403. doi: 10.7498/aps.60.068403
    [3] 赖剑强, 魏彦玉, 许雄, 沈飞, 刘洋, 刘漾, 黄民智, 唐涛, 宫玉彬. 140GHz大功率交错双栅行波管的设计和模拟研究. 物理学报, 2012, 61(17): 178501. doi: 10.7498/aps.61.178501
    [4] 李建清, 莫元龙. 行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用普遍理论. 物理学报, 2006, 55(8): 4117-4122. doi: 10.7498/aps.55.4117
    [5] 王兵, 文光俊, 王文祥. 同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究. 物理学报, 2014, 63(22): 224101. doi: 10.7498/aps.63.224101
    [6] 刘青伦, 王自成, 刘濮鲲. 基于双排矩形梳状慢波结构的W波段宽频带行波管模拟研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124101. doi: 10.7498/aps.61.124101
    [7] 肖刘, 刘濮鲲, 郝保良, 李国超, 姜勇, 易红霞, 周伟. 螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算. 物理学报, 2009, 58(5): 3118-3124. doi: 10.7498/aps.58.3118
    [8] 颜卫忠, 胡玉禄, 李建清, 杨中海, 田云先, 李斌. 基于三端口网络模型的折叠波导行波管注波互作用理论研究. 物理学报, 2014, 63(23): 238403. doi: 10.7498/aps.63.238403
    [9] 赵鼎. 关于闭合及偏置PCM结构约束带状电子注可行性的研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1712-1720. doi: 10.7498/aps.59.1712
    [10] 路志刚, 魏彦玉, 宫玉彬, 吴周淼, 王文祥. 具有任意槽的矩形波导栅慢波结构高频特性的研究. 物理学报, 2007, 56(6): 3318-3323. doi: 10.7498/aps.56.3318
    [11] 胡权. 变周期大结构低压工作折叠波导行波管的理论与模拟研究. 物理学报, 2012, 61(1): 014101. doi: 10.7498/aps.61.014101
    [12] 刘漾, 魏彦玉, 沈飞, 许雄, 刘洋, 赖剑强, 黄明智, 唐涛, 宫玉彬. 开敞型角向周期加载金属柱圆波导的注波互作用线性理论研究. 物理学报, 2012, 61(16): 168401. doi: 10.7498/aps.61.168401
    [13] 阮存军, 王树忠, 韩莹, 李庆生. 高传输通过率带状电子注聚焦与传输特性的研究. 物理学报, 2011, 60(8): 084105. doi: 10.7498/aps.60.084105
    [14] 宫玉彬, 邓明金, 段兆云, 吕明毅, 魏彦玉, 王文祥. 衰减器对螺旋线慢波结构高频特性影响的理论研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4497-4503. doi: 10.7498/aps.56.4497
    [15] 李爽, 王建国, 童长江, 王光强, 陆希成, 王雪锋. 大功率0.34 THz辐射源中慢波结构的优化设计. 物理学报, 2013, 62(12): 120703. doi: 10.7498/aps.62.120703
    [16] 韦朴, 周明干, 朱露, 张劲, 王雪峰, 吕东亚, 陈宁, 杨明华, 孙小菡. 螺旋线慢波结构夹持性能测试方法研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094401. doi: 10.7498/aps.62.094401
    [17] 傅涛, 杨梓强, 欧阳征标. 等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性研究. 物理学报, 2015, 64(17): 174205. doi: 10.7498/aps.64.174205
    [18] 赵文娟, 陈再高, 郭伟杰. 慢波结构爆炸发射对高功率太赫兹表面波振荡器的影响. 物理学报, 2015, 64(15): 150702. doi: 10.7498/aps.64.150702
    [19] 殷海荣, 宫玉彬, 魏彦玉, 岳玲娜, 路志刚, 巩华荣, 黄民智, 王文祥. 有限开敞介质光子晶体的模式及其带结构分析. 物理学报, 2008, 57(6): 3562-3570. doi: 10.7498/aps.57.3562
    [20] 苏小保, 刘濮鲲, 肖 刘. 基于行波管螺旋导电面模型的空间电荷场研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5150-5156. doi: 10.7498/aps.55.5150
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-13
  • 修回日期:  2011-12-04
  • 刊出日期:  2012-08-05

V形曲折矩形槽慢波结构的研究

  • 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), 国防科技重点实验室基金(批准号: 9140C050101110C0501)和中央高校基本科研业务费项目(批准号: ZYGX2009Z003, ZYGX2010J054)资助的课题.

摘要: 提出了一种新型的慢波结构V形曲折矩形槽慢波结构, 该结构是由矩形槽波导沿其E面法向周期性呈V形折叠而成, 其两金属板之间的间隙形成天然的带状电子注通道. 相比传统的U形曲折矩形槽波导, 它能在保持良好高频特性的情况下增加互作用面积, 从而可以采用面积更大的带状电子注以获得更大的输出功率. 分析了该结构的高频特性, 在V波段完成了对行波管互作用电路的设计, 并利用三维粒子模拟的方法估计了其工作性能. 研究结果表明, 当工作电压和电流分别为12.8 kV和600 mA 时, 在5864 GHz的频率范围内饱和平均输出功率大于1000 W, 相应的饱和增益和电子效率分别大于33 dB和13.2%.

English Abstract

参考文献 (27)

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