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用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

何昌杰 张威 巨金川 许流荣 曹鸿昌

何昌杰, 张威, 巨金川, 等. 用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 053004. doi: 10.11884/HPLPB202335.220370
引用本文: 何昌杰, 张威, 巨金川, 等. 用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计[J]. 强激光与粒子束, 2023, 35: 053004. doi: 10.11884/HPLPB202335.220370
He Changjie, Zhang Wei, Ju Jinchuan, et al. Design of compact directional coupler for X-band relativistic triaxial klystron amplifier[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 053004. doi: 10.11884/HPLPB202335.220370
Citation: He Changjie, Zhang Wei, Ju Jinchuan, et al. Design of compact directional coupler for X-band relativistic triaxial klystron amplifier[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2023, 35: 053004. doi: 10.11884/HPLPB202335.220370

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

doi: 10.11884/HPLPB202335.220370
基金项目: 脉冲功率激光技术国家重点实验室主任基金项目(SKL2021ZR04)
详细信息
    作者简介:

    何昌杰,hechangjie98@126.com

    张 威,weizhang09@126.com

  • 中图分类号: TN231.5

Design of compact directional coupler for X-band relativistic triaxial klystron amplifier

  • 摘要: 为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明:当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为−60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为−58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm(约0.6λ)。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。
  • 图  1  多孔耦合模型

    Figure  1.  Porous coupling model

    图  2  双孔定向耦合器的传输系数

    Figure  2.  Transmission coefficient of the directional coupler with two holes

    图  3  十字型耦合器结构示意图

    Figure  3.  Structural diagram of cross coupler

    图  4  方向性随dx、dz取值变化曲线

    Figure  4.  Directivity of the designed coupler with different dx and dz

    图  5  十字型耦合器的仿真结果

    Figure  5.  Simulation results of cross coupler

    图  6  双孔耦合器的电场分布

    Figure  6.  E-field distribution of the coupler with two holes

    图  7  双孔定向耦合器实物图

    Figure  7.  Photos of double hole directional coupler

    图  8  冷测系统

    Figure  8.  Cold test system

    图  9  冷测结果

    Figure  9.  Cold chamber test results

    图  10  四孔十字型耦合器的仿真结果

    Figure  10.  Simulation results of four hole cross coupler

    表  1  耦合器各项参数数值

    Table  1.   Coupler parameter values

    number of holes r/mm dx/mm dz/mm hole height/mm bend waveguide/mm
    2 4 10 30 3 10
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-23
  • 修回日期:  2023-03-02
  • 录用日期:  2023-03-02
  • 网络出版日期:  2023-03-09
  • 刊出日期:  2023-04-07

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