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W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

薛智浩 刘濮鲲 杜朝海

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W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

薛智浩, 刘濮鲲, 杜朝海

Research on non-linear beam-wave interaction of W-band Gyro-TWT with helical waveguide

Xue Zhi-Hao, Liu Pu-Kun, Du Chao-Hai
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  • 回旋行波管是下一代高分辨率成像雷达、高速率远程通信等电子系统首选的高功率电磁波辐射源,在国防安全方面具有重要的战略意义. 研究发现,螺旋波纹波导回旋行波管具有较大的带宽,较高的电子效率及稳定性. 本文从有源麦克斯韦方程组出发,系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论,数值计算结果与已有的实验报道基本相符. 在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管,工作电压为80 kV,工作电流为 5 A,中心频率为95 GHz,3 dB带宽约4.5%,饱和增益为52 dB,最大输出功率为142 kW,电子效率达20%–35%. 最后,本文计算了电流、电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响.
    Gyro-TWT is one of the most promising candidates for the transmitter microwave source of the next generation imaging radar; meanwhile, it plays an important role in national security. Gyro-TWT with helical waveguide is capable of generating broad-bandwidth radiation and highly stable. In this paper, we derive the dispersion equation of helical waveguide and the non-linear theory for calculating the beam-wave interaction. Numerical stimulations basically accord with the experimental results. We design a W-band Gyro-TWT operating with a 80 keV, 5 A electron beam, producing an output power of 142 kW with 3 dB bandwidth 4.5%, central frequency 95 GHz, and saturation gain 52 dB. In the end, we calculate the effects of the changes of voltage, current and input power on the output performance of Gyro-TWT.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61072024,60971072)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61072024, 60971072).
    [1]

    Liu P K, Du C H 2013 J. Microwave 29 33 (in Chinese) [刘濮鲲, 杜朝海 2013 微波学报 29 33]

    [2]

    Du C H, Xue Q Z, Liu P K 2010 Chin. Phys. B 19 048703

    [3]

    Lu Z G, Gong Y B 2009 Chin. Phys. B 18 2445

    [4]

    Peng W F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8478 (in Chinese) [彭维峰 2010 物理学报 59 8478]

    [5]

    Du C H, Liu P K, Xue Q Z 2010 J. Inf. Technol. 32 1717 (in Chinese) [杜朝海, 刘濮鲲, 薛谦忠 2010 电子与信息学报 32 1717]

    [6]

    Jiao C Q, Luo J R 2007 J. Inf. Technol. 29 2009 (in Chinese) [焦重庆, 罗积润 2007 电子与信息学报 29 2009]

    [7]

    Chu K R 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 903

    [8]

    Park G S, Choi J J, Park S Y 1995 Phys. Rev. Lett. 74 2399

    [9]

    Chu K R, Barnett K R, Chen H Y 1995 Phys. Rev. Lett. 74 1103

    [10]

    Chu, K R, Chen H Y, Hung C L 1998 Phys. Rev. Lett. 81 4760

    [11]

    Wang Q S, McDermott D B 1996 IEEE Trans. Plasma Sci. 24 700

    [12]

    Chong C K, McDermott D B 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 500

    [13]

    Calame J P, Garven M, Danly B G 2002 IEEE T. Electron. Dev. 49 1469

    [14]

    Garven M, Calame J P, Danly B G 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 885

    [15]

    Pershing D E, Nguyen K T, Calame J P 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 947

    [16]

    Nguyen K T, Calame J P, Pershing D E 2001 IEEE Trans. Plasma Sci. 48 108

    [17]

    Denisove G G, Bratman V L, Cross A W 1998 Phys. Rev. Lett. 81 5680

    [18]

    Gregory G D, Vladimir L. Bratman 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 508

    [19]

    Zhu S Q, Wang E F, Li H F 2006 HPPB 18 110 (in Chinese) [朱世秋, 王峨锋, 李宏福 2006 强激光与粒子束 18 110]

    [20]

    Wang E F, Li H F, Li H 2005 Acta Phys. Sin. 54 5339 (in Chinese) [王峨峰, 李宏福, 李浩 2005 物理学报 54 5339]

    [21]

    Huang H J 1963 Microwave Theory (Vol I) (Beijing: Science Press) p299 (in Chinese) [黄宏嘉 1963 微波原理 (卷I) (北京: 科学出版社) 第299页]

    [22]

    Bratman V L, Cross A W, Denisov G G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 2746

  • [1]

    Liu P K, Du C H 2013 J. Microwave 29 33 (in Chinese) [刘濮鲲, 杜朝海 2013 微波学报 29 33]

    [2]

    Du C H, Xue Q Z, Liu P K 2010 Chin. Phys. B 19 048703

    [3]

    Lu Z G, Gong Y B 2009 Chin. Phys. B 18 2445

    [4]

    Peng W F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8478 (in Chinese) [彭维峰 2010 物理学报 59 8478]

    [5]

    Du C H, Liu P K, Xue Q Z 2010 J. Inf. Technol. 32 1717 (in Chinese) [杜朝海, 刘濮鲲, 薛谦忠 2010 电子与信息学报 32 1717]

    [6]

    Jiao C Q, Luo J R 2007 J. Inf. Technol. 29 2009 (in Chinese) [焦重庆, 罗积润 2007 电子与信息学报 29 2009]

    [7]

    Chu K R 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 903

    [8]

    Park G S, Choi J J, Park S Y 1995 Phys. Rev. Lett. 74 2399

    [9]

    Chu K R, Barnett K R, Chen H Y 1995 Phys. Rev. Lett. 74 1103

    [10]

    Chu, K R, Chen H Y, Hung C L 1998 Phys. Rev. Lett. 81 4760

    [11]

    Wang Q S, McDermott D B 1996 IEEE Trans. Plasma Sci. 24 700

    [12]

    Chong C K, McDermott D B 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 500

    [13]

    Calame J P, Garven M, Danly B G 2002 IEEE T. Electron. Dev. 49 1469

    [14]

    Garven M, Calame J P, Danly B G 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 885

    [15]

    Pershing D E, Nguyen K T, Calame J P 2004 IEEE Trans. Plasma Sci. 32 947

    [16]

    Nguyen K T, Calame J P, Pershing D E 2001 IEEE Trans. Plasma Sci. 48 108

    [17]

    Denisove G G, Bratman V L, Cross A W 1998 Phys. Rev. Lett. 81 5680

    [18]

    Gregory G D, Vladimir L. Bratman 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 508

    [19]

    Zhu S Q, Wang E F, Li H F 2006 HPPB 18 110 (in Chinese) [朱世秋, 王峨锋, 李宏福 2006 强激光与粒子束 18 110]

    [20]

    Wang E F, Li H F, Li H 2005 Acta Phys. Sin. 54 5339 (in Chinese) [王峨峰, 李宏福, 李浩 2005 物理学报 54 5339]

    [21]

    Huang H J 1963 Microwave Theory (Vol I) (Beijing: Science Press) p299 (in Chinese) [黄宏嘉 1963 微波原理 (卷I) (北京: 科学出版社) 第299页]

    [22]

    Bratman V L, Cross A W, Denisov G G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 2746

  • [1] 邱海舰, 胡玉禄, 胡权, 朱小芳, 李斌. 考虑谐波互作用的行波管欧拉非线性理论模型. 物理学报, 2018, 67(8): 088401. doi: 10.7498/aps.67.20180024
    [2] 罗积润, 唐彦娜, 樊宇, 彭澍源, 薛谦忠. 分布损耗加载回旋行波管多模稳态注波互作用理论与比较证实. 物理学报, 2018, 67(1): 018402. doi: 10.7498/aps.67.20171831
    [3] 胡玉禄, 胡玉禄, 胡权, 胡权, 朱小芳, 朱小芳, 李斌, 李斌, 邱海舰, 邱海舰, 高鸾凤, 高鸾凤. 螺旋线行波管三维返波互作用理论与数值模拟. 物理学报, 2017, 66(2): 028401. doi: 10.7498/aps.66.028401
    [4] 颜胜美, 苏伟, 王亚军, 徐翱, 陈樟, 金大志, 向伟. 0.14THz基模多注折叠波导行波管的理论与模拟研究. 物理学报, 2014, 63(23): 238404. doi: 10.7498/aps.63.238404
    [5] 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
    [6] 殷海荣, 徐进, 岳玲娜, 宫玉彬, 魏彦玉. 一种折叠波导行波管大信号互作用理论. 物理学报, 2012, 61(24): 244106. doi: 10.7498/aps.61.244106
    [7] 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
    [8] 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. 物理学报, 2012, 61(17): 178401. doi: 10.7498/aps.61.178401
    [9] 薛智浩, 刘濮鲲, 杜朝海, 李铮迪. W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析. 物理学报, 2012, 61(17): 170201. doi: 10.7498/aps.61.170201
    [10] 郭建华, 喻胜, 李宏福, 张天钟, 雷朝军, 李想, 张颜颜. 回旋速调管注波互作用瞬态非线性理论与模型研究. 物理学报, 2011, 60(9): 090301. doi: 10.7498/aps.60.090301
    [11] 张长青, 宫玉彬, 魏彦玉, 王文祥. 介质加载折叠波导行波管的线性分析. 物理学报, 2010, 59(9): 6653-6658. doi: 10.7498/aps.59.6653
    [12] 彭维峰, 胡玉禄, 杨中海, 李建清, 陆麒如, 李斌. 螺旋线行波管注波互作用时域理论. 物理学报, 2010, 59(12): 8478-8483. doi: 10.7498/aps.59.8478
    [13] 杜朝海, 刘濮鲲, 薛谦忠. 基于损耗介质加载波导的回旋行波管放大器的互作用分析. 物理学报, 2010, 59(7): 4612-4619. doi: 10.7498/aps.59.4612
    [14] 何俊, 魏彦玉, 宫玉彬, 段兆云, 路志刚, 王文祥. 脊加载曲折波导行波管注波互作用的线性理论研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6659-6665. doi: 10.7498/aps.59.6659
    [15] 孙海燕, 焦重庆, 罗积润. 回旋行波放大器输出端反射对注-波互作用的影响. 物理学报, 2009, 58(2): 925-929. doi: 10.7498/aps.58.925
    [16] 郝保良, 肖刘, 刘濮鲲, 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
    [17] 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
    [18] 王峨锋, 李宏福, 李 浩, 喻 胜, 牛新建, 刘迎辉. 螺旋波纹波导研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5339-5343. doi: 10.7498/aps.54.5339
    [19] 喻 胜, 李宏福, 谢仲怜, 罗 勇. 渐变复合腔回旋管高次谐波注-波互作用非线性模拟. 物理学报, 2000, 49(12): 2455-2459. doi: 10.7498/aps.49.2455
    [20] 吴坚强, 刘盛纲. 含等离子体柱的介质慢波波导中的注波互作用分析. 物理学报, 1997, 46(10): 1946-1952. doi: 10.7498/aps.46.1946
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-29
  • 修回日期:  2014-01-09
  • 刊出日期:  2014-04-05

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

  • 1. 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 石家庄 050000;
  • 2. 北京大学信息科学技术学院, 北京 100871
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61072024,60971072)资助的课题.

摘要: 回旋行波管是下一代高分辨率成像雷达、高速率远程通信等电子系统首选的高功率电磁波辐射源,在国防安全方面具有重要的战略意义. 研究发现,螺旋波纹波导回旋行波管具有较大的带宽,较高的电子效率及稳定性. 本文从有源麦克斯韦方程组出发,系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论,数值计算结果与已有的实验报道基本相符. 在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管,工作电压为80 kV,工作电流为 5 A,中心频率为95 GHz,3 dB带宽约4.5%,饱和增益为52 dB,最大输出功率为142 kW,电子效率达20%–35%. 最后,本文计算了电流、电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响.

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参考文献 (22)

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