W波段连续波带状注扩展互作用速调管高频电路的设计
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中国科学院 空天信息创新研究院

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基金项目:

国家自然科学基金;国家磁约束核聚变能发展研究专项


Design of high-frequency circuit for W-band CW sheet beam extended-interaction klystron
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Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences

Fund Project:

the National Natural Science Foundation of China; National MCF Energy R&D Program

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    摘要:

    针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题,设计了一个工作在TM31-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管(EIK)高频电路,该电路采用电压20 kV、电流0.65 A,2.5 mm×0.3 mm的带状电子注,高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔,输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化,三维PIC仿真结果显示:在输入功率0.2 W的条件下,能够获得超过1200 W的输出功率,效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面,对TM31模式和TM11模式进行了详细的对比分析。

    Abstract:

    To solve the problem that W-band klystron is difficult to achieve CW (continuous wave) high power, we propose a W-band CW sheet beam extended-interaction klystron (EIK) high frequency circuit operating at TM31-2π mode. A sheet electron beam with a voltage of 20 kV, a current of 0.65 A and the dimension of 2.5 mm×0.3 mm is used. The high frequency system adopts five dumbbell type five-gap cavities and the output system adopts symmetrical output waveguide. By optimizing high-frequency structural parameters, the simulation results of 3D PIC show that more than 1200 W power can be obtained at an input power of 0.2 W, and the electron efficiency and gain are 9.35% and 37.8 dB respectively. In terms of sensitivity and error stability of high-frequency parameters, TM31 mode and TM11 mode are compared and analyzed in detail.

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  • 收稿日期:2022-04-22
  • 最后修改日期:2022-05-12
  • 录用日期:2022-05-16
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