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锁相磁控管模块化设计与仿真验证

秦雨 刘海霞 殷勇 崔攀 沈大贵 毕亮杰 王彬 李海龙 蒙林

秦雨, 刘海霞, 殷勇, 等. 锁相磁控管模块化设计与仿真验证[J]. 强激光与粒子束, 2025, 37: 043004. doi: 10.11884/HPLPB202537.240300
引用本文: 秦雨, 刘海霞, 殷勇, 等. 锁相磁控管模块化设计与仿真验证[J]. 强激光与粒子束, 2025, 37: 043004. doi: 10.11884/HPLPB202537.240300
Qin Yu, Liu Haixia, Yin Yong, et al. Modular design and simulation validation of phase-locked magnetrons[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2025, 37: 043004. doi: 10.11884/HPLPB202537.240300
Citation: Qin Yu, Liu Haixia, Yin Yong, et al. Modular design and simulation validation of phase-locked magnetrons[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2025, 37: 043004. doi: 10.11884/HPLPB202537.240300

锁相磁控管模块化设计与仿真验证

doi: 10.11884/HPLPB202537.240300
基金项目: 国家自然科学基金项目(62301135、62271113);中央高校基本科研业务费专项资金项目(ZYGX2019Z006)
详细信息
    作者简介:

    秦 雨,qinyu@std.uestc.edu.cn

    通讯作者:

    蒙 林,meng@uestc.edu.cn

  • 中图分类号: TN123

Modular design and simulation validation of phase-locked magnetrons

  • 摘要: 基于互耦锁相方案,设计了多磁控管单元模块,将其构造为轴向输出的模块化单元,以解决径向输出磁控管在大规模阵列应用中因为角向不均匀性带来的影响,并有效提高系统的鲁棒性。磁控管之间通过锁相桥连接,传统方案以单个磁控管模块为基础,设计方式单一且不灵活。此外,由于径向输出的磁控管角向电场分布不均匀,锁相桥在不同位置增加耦合结构会导致磁控管的特性阻抗变化,并改变锁相桥中能量占系统整体能量的比例,从而影响输出特性和锁相效率。首先设计了多种拓扑结构的磁控管锁相单元并进行了仿真研究,仿真结果表明,电场角向均匀性使得锁相桥开口位置及数量对于锁相性能有明显影响。随后,选取了适合模块化设计的首尾串联型模块进行下一步的研究,在此基础之上设计了四合一功率合成器,此时模块化单元为轴向输出设计。仿真结果表明,四管锁相单元模块的输出功率约为988 kW,约为自由振荡磁控管单管输出功率的四倍,锁相效率达到97%。
  • 图  1  单管位单元模块时的多管模型

    Figure  1.  Multi-tube model at single-tube bit cell module

    图  2  模块化磁控管模型

    Figure  2.  Modular magnetron models

    图  3  功率分配器的3D真空模型、工作模式电场和S11S21曲线

    Figure  3.  Power divider with 3D vacuum model, electric field distribution, and S11 and S21 parameters

    图  4  多磁控管锁相单元真空模型

    Figure  4.  Multi-magnetron phase-locked unit vacuum model

    图  5  功率合成前后,各管及单元模块的输出功率

    Figure  5.  Output power of each tube and unit module before and after power synthesis

    图  6  当磁控管 3 的阴极停止工作时,在没有功率合成器,四支磁控管的输出信号及其部分频谱及在有功率合成器时,输出功率曲线及频谱

    Figure  6.  Simulation results of the four magnetrons without a power combiner

    图  7  当磁控管3的阴极停止工作时的仿真结果

    Figure  7.  Simulation results when the cathode of magnetron 3 stops working

    表  1  不同拓扑结构的多磁控管单元仿真结果

    Table  1.   Results of simulations

    schematic
    of models
    output power
    total output power
    anode current
    total anode current
    phase-locking
    efficiency/%
    79.7
    82.5
    95.9
    81.0
    96.8
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  • [1] Vyas S K, Verma R K, Maurya S, et al. Review of magnetron developments[J]. Frequenz, 2016, 70(9/10): 455-462.
    [2] 电子管设计手册编辑委员会. 磁控管设计手册[M]. 北京: 国防工业出版社, 1979

    Electronic Tube Design Handbook Editorial Committee. Magnetron design handbook[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1979
    [3] Benford J, Swegle J A, Schamiloglu E. High power microwaves[M]. 2nd ed. New York: CRC Press, 2007: 43-108.
    [4] Benford J. History and future of high power microwaves[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2024, 52(4): 1137-1144. doi: 10.1109/TPS.2024.3391732
    [5] Cruz E J, Hoff B W, Pengvanich P, et al. Experiments on peer-to-peer locking of magnetrons[J]. Applied Physics Letters, 2009, 95: 191503. doi: 10.1063/1.3262970
    [6] Song Minsheng, Bi Liangjie, Meng Lin, et al. High-efficiency phase-locking of millimeter-wave magnetron for high-power array applications[J]. IEEE Electron Device Letters, 2021, 42(11): 1658-1661. doi: 10.1109/LED.2021.3112563
    [7] Treado T A, Bolton R A, Hansen T A, et al. High-power, high efficiency, injection-locked, secondary-emission magnetron[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 1992, 20(3): 351-359. doi: 10.1109/27.142836
    [8] Ju Jinchuan, Ge Xingjun, Zhang Wei, et al. Coherent combining of phase-steerable high power microwaves generated by two X-band triaxial klystron amplifiers with pulsed magnetic fields[J]. Physical Review Letters, 2023, 130: 085002. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.085002
    [9] Liu Jiayang, Zha Hao, Shi Jiaru, et al. First demonstration and performance of X-band high-power magnetron with parallel cathodes[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, 69(7): 3960-3965. doi: 10.1109/TED.2022.3177390
    [10] Qin Yu, Bi Liangjie, Yin Yong, et al. Simulation and experiment study of modular X-band phase-locking magnetron[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2024, 71(7): 4342-4346. doi: 10.1109/TED.2024.3405399
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-02
  • 修回日期:  2024-10-28
  • 录用日期:  2024-12-05
  • 网络出版日期:  2025-03-31
  • 刊出日期:  2025-04-15

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