高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

X波段速调管多间隙输出腔间隙阻抗计算与测试方法

郭鑫 张志强 顾红红 梁源 沈斌

郭鑫, 张志强, 顾红红, 梁源, 沈斌. X波段速调管多间隙输出腔间隙阻抗计算与测试方法[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2953-2962. doi: 10.11999/JEIT250002
引用本文: 郭鑫, 张志强, 顾红红, 梁源, 沈斌. X波段速调管多间隙输出腔间隙阻抗计算与测试方法[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2953-2962. doi: 10.11999/JEIT250002
GUO Xin, ZHANG Zhiqiang, GU Honghong, LIANG Yuan, SHEN Bin. Calculation and Testing Method of Gap Impedance for X-Band Klystron Multi-Gap Output Cavity[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2953-2962. doi: 10.11999/JEIT250002
Citation: GUO Xin, ZHANG Zhiqiang, GU Honghong, LIANG Yuan, SHEN Bin. Calculation and Testing Method of Gap Impedance for X-Band Klystron Multi-Gap Output Cavity[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2953-2962. doi: 10.11999/JEIT250002

X波段速调管多间隙输出腔间隙阻抗计算与测试方法

doi: 10.11999/JEIT250002 cstr: 32379.14.JEIT250002
详细信息
    作者简介:

    郭鑫:男,副研究员,研究方向为高功率宽带速调管

    张志强:男,研究员,研究方向为速调管

    顾红红:女,副高级工程师,研究方向为大功率宽带速调管

    梁源:男,副研究员,研究方向为多注宽带速调管

    沈斌:男,研究员,硕士生导师,研究方向为多注速调管

    通讯作者:

    郭鑫 guoxin@aircas.ac.cn

  • 中图分类号: TN122

Calculation and Testing Method of Gap Impedance for X-Band Klystron Multi-Gap Output Cavity

  • 摘要: 在雷达与通信系统中,大功率宽频带速调管得到了极为广泛的应用,采用多间隙输出腔体(MGOC)的设计是速调管拓展器件带宽的有效手段,MGOC的间隙阻抗在带内的平坦度直接决定了速调管的带内增益以及带宽,间隙阻抗的计算以及测试方法显示出极端的重要性。该文研究了X波段速调管MGOC的等效电路模型,详细论述了MGOC间隙阻抗的计算方法。另外在微波网络理论的基础上,提出了速调管MGOC间隙阻抗的测试方法。利用以上理论,设计出一种X波段四间隙输出腔,输出段带宽被扩展到1.2 GHz以上。输出段冷测实验件的间隙阻抗测试结果与电路计算结果吻合较好,进一步验证了该方法的有效性。输出段MGOC间隙阻抗的研究为进一步拓展速调管带宽奠定了重要的理论基础。
  • 图  1  速调管n间隙输出腔等效电路图

    图  2  X波段速调管四间隙输出腔仿真模型横纵截面

    图  3  X波段双间隙到四间隙输出腔间隙阻抗与频率的关系

    图  4  四间隙输出腔第1间隙腔体特性参数的仿真

    图  5  MGOC的n+1端口等效网络

    图  6  X波段四间隙腔体截面4个模式电场分布图

    图  7  X波段四间隙腔体的4个模式轴线电场分布

    图  8  X波段四间隙腔体的冷测模型

    图  9  四间隙腔体间隙阻抗的测试结果

    表  1  X波段双间隙到四间隙输出腔体谐振频率与特性阻抗等参数分布

    2 3 4
    第1腔体频率 (MHz) 9835 9860 9745
    第2腔体频率 (MHz) 9907 10267 10100
    第3腔体频率 (MHz) - 10090 10285
    第4腔体频率 (MHz) - - 10080
    第1耦合缝模频率 (MHz) 13600 15700 15850
    第2耦合缝模频率 (MHz) - 15000 16850
    第3耦合缝模频率 (MHz) - - 14200
    第1腔体特性阻抗 (Ω) 110 110 110
    第2腔体特性阻抗 (Ω) 93 110 110
    第3腔体特性阻抗 (Ω) - 95 110
    第4腔体特性阻抗 (Ω) - - 93
    第1耦合缝特性阻抗 (Ω) 7.5 7.5 7
    第2耦合缝特性阻抗 (Ω) - 11.5 11.5
    第3耦合缝特性阻抗 (Ω) - - 11.5
    输出腔外Q 7.2 7.2 7.2
    下载: 导出CSV

    表  2  四间隙输出腔结构主要几何尺寸

    尺寸名称 取值
    第1腔腔宽h1 (mm) 9.35
    第2腔腔宽h2 (mm) 7.9
    第3腔腔宽h3 (mm) 7.6
    第4腔腔宽h4 (mm) 8
    第1~4腔间隙宽度g (mm) 3.1
    第1~4腔直径D (mm) 17
    漂移通道直径d (mm) 6
    第1~4耦合缝宽度2r (mm) 0.84
    第1~4耦合缝中心半径R (mm) 7.88
    第1耦合缝张角θ1 100°
    第2耦合缝张角θ2 75°
    第3耦合缝张角θ3 105°
    输出耦合口高度H (mm) 5.5
    下载: 导出CSV
  • [1] VARIAN R H and VARIAN S F. A high frequency amplifier and oscillator[J]. Journal of Applied Physics, 1939, 10(2): 140. doi: 10.1063/1.1707284.
    [2] BEUNAS A, MARCHESIN R, BELLEMERE J C, et al. High-power CW klystron for fusion experiments[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, 56(5): 864–869. doi: 10.1109/TED.2009.2015807.
    [3] STRINGALL R L, RUSSELL D L, and LEBACQZ J V. Klystrons for accelerator improvements[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1973, 20(3): 369–372. doi: 10.1109/TNS.1973.4327122.
    [4] CORMIER R A and MIZUHARA A. 250 kW CW klystron amplifier for planetary radar[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1992, 40(6): 1056–1062. doi: 10.1109/22.141335.
    [5] SHABAZIAN A, WRIGHT E L, BATRA R, et al. Development and production of a high-power S-band MSDC klystron for satellite digital radio[C]. 3rd IEEE International Vacuum Electronics Conference, Monterey, USA, 2002: 326–327. doi: 10.1109/IVELEC.2002.999403.
    [6] 沈宝丽, 王勇, 张兆传, 等. S波段宽带高平均功率速调管群聚段的研制[J]. 微波学报, 2010, 26(S1): 488–490. doi: 10.14183/j.cnki.1005-6122.2010.s1.025.

    SHEN Baoli, WANG Yong, ZHANG Zhaochuan, et al. Investigation on the S-band broadband high average power klystron’s bunch structure[J]. Journal of Microwaves, 2010, 26(S1): 488–490. doi: 10.14183/j.cnki.1005-6122.2010.s1.025.
    [7] 丁耀根, 陆孝厚. 具有两节滤波器的速调管宽带输出段的设计方法[J]. 电子与信息学报, 1982, 4(3): 168–174.

    DING Yaogen and LU Xiaohou. Design considerations of the two-stage-filter type output circuit of broadband klystrons[J]. Journal of Electronics, 1982, 4(3): 168–174.
    [8] CAI J C, XU J, CHEN S, et al. Advanced theoretical models for broadband klystron development[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, 69(11): 6310–6317. doi: 10.1109/TED.2022.3204519.
    [9] 黄传禄, 丁耀根, 王勇, 等. 多间隙耦合腔注波互作用计算分析[J]. 真空科学与技术学报, 2012, 32(7): 605–610. doi: 10.3969/j.issn.1672-7126.2012.07.12.

    HUANG Chuanlu, DING Yaogen, WANG Yong, et al. Calculation and analysis of beam-wave interactions in multi-gap coupled cavity[J]. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology, 2012, 32(7): 605–610. doi: 10.3969/j.issn.1672-7126.2012.07.12.
    [10] WANG Yong, DING Yaogen, LIU Pukun, et al. Development of an S-band klystron with bandwidth of more than 11%[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, 34(3): 572–575. doi: 10.1109/TPS.2006.875782.
    [11] NGUYEN K T, PERSHING D E, ABE D K, et al. Bandwidth extension of an S-band, fundamental-mode eight-beam klystron[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, 34(3): 576–583. doi: 10.1109/TPS.2006.875768.
    [12] NGUYEN K T, WRIGHT E L, PERSHING D E, et al. Broadband high-power 18-beam S-band klystron amplifier design[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2009, 56(5): 883–890. doi: 10.1109/TED.2009.2015411.
    [13] XU Shouxi, ZHANG Jian, DING Yaogen, et al. Improvement for an S-Band broadband klystron[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2024, 71(3): 2122–2125. doi: 10.1109/TED.2024.3354871.
    [14] DING Yaogen, ABE D K, SHEN Bin, et al. An overview of multibeam klystron technology[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2023, 70(6): 2656–2665. doi: 10.1109/TED.2023.3244906.
    [15] LIANG Yuan, GU Honghong, and SHEN Bin. Study on electron optics system and oscillation suppression of an X-band multibeam klystron[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2024, 71(10): 6362–6367. doi: 10.1109/TED.2024.3440953.
    [16] ZHAO Yongxiang. An impedance measurement method for double-gap klystron cavity[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1982, 29(2): 316–320. doi: 10.1109/T-ED.1982.20702.
    [17] GU Honghong, DING Yaogen, SHEN Bin, et al. The design and performance of an X-band broadband klystron with peak power of 1MW[C]. 2023 24th International Vacuum Electronics Conference, Chengdu, China, 2023: 1–2. doi: 10.1109/IVEC56627.2023.10157415.
    [18] DUBEY G, RAO V S, MAHTO M, et al. Analysis of the dual side-coupled RF cavities for the HPM devices—an equivalent circuit approach[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, 69(4): 2051–2057. doi: 10.1109/TED.2022.3152473.
    [19] 丁耀根. 大功率速调管的理论与计算模拟[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008: 332–333.

    DING Yaogen. Theory and Computer Simulation of High Power Klystron[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008: 332–333.
    [20] GUO Xin, GU Honghong, DING Yaogen, et al. Design of triple-gap cavity output circuit for X band klystron[C]. 2022 23rd International Vacuum Electronics Conference, Monterey, USA, 2022: 422–423. doi: 10.1109/IVEC53421.2022.10292265.
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  106
  • HTML全文浏览量:  87
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-01-06
  • 修回日期:  2025-05-29
  • 网络出版日期:  2025-06-14
  • 刊出日期:  2025-08-27

目录

    /

    返回文章
    返回