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系统并网技术
★ 4.0
高功率100 kW连续波Q波段回旋行波管：性能与稳定性
High-Power 100 kW CW Q-Band Gyro-TWT: Performance and Stability
| 作者 | Wei Jiang · Chaoxuan Lu · Jianwei Zhou · Yafen Shang · Qiang Zheng · Boxin Dai |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | Q波段 回旋行波管 阴极涂层薄膜技术 热管理方法 连续波功率 |
语言:
中文摘要
为满足对高功率微波源的需求，本文研制并实验验证了一款Q波段100 kW连续波回旋行波管。通过应用阴极涂层薄膜技术，电子发射的稳定性和均匀性得到了极大改善。采用高效的热管理方法评估了该器件的功率容量。实验结果表明，该回旋行波管在56 kV、7.9 A电子束的驱动下，于49.5 GHz频率处实现了115.6 kW的最大连续波功率、54.9 dB的增益以及26.1%的效率。该器件能够长时间稳定运行，其性能处于当前技术的前沿水平。
English Abstract
To satisfy the demand for high-power microwave sources, a Q-band 100 kW continuous-wave (CW) gyrotron traveling wave tube (gyro-TWT) is fabricated and experimentally demonstrated in this letter. The stability and uniformity of electron emission are greatly improved through the application of cathode coating thin-film technology. The power capacity of the device is assessed using efficient thermal management methods. Experimental results show that the gyro-TWT, driven by a 56 kV-7.9 A electron beam, achieves a maximum CW power of 115.6 kW, a gain of 54.9 dB, and an efficiency of 26.1% at 49.5 GHz. The device operates stably for a long time, with performance at the forefront of current technology.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项Q波段回旋行波管技术虽然属于高功率微波器件领域，与公司当前主营的光伏逆变器和储能系统存在较大技术差异，但其底层的功率电子技术和热管理方法论具有一定的参考价值。
该技术实现了100千瓦级连续波输出，展现了在极端功率密度条件下的热管理能力。论文提到的高效热管理方法和阴极涂层薄膜技术，对于提升电子发射的稳定性和均匀性具有显著效果，这与阳光电源在大功率逆变器和储能变流器中面临的散热挑战存在共性。特别是在兆瓦级以上的集中式逆变器和储能系统中，功率器件的热管理和长期稳定性始终是核心技术瓶颈。
然而，该技术的直接应用前景相对有限。回旋管技术主要应用于雷达、通信和等离子体加热等特殊领域，与新能源行业的应用场景缺乏直接关联。56千伏的高压工作环境和真空管结构与阳光电源基于半导体功率器件的技术路线存在本质差异。
从技术机遇角度，该研究在高功率密度器件的可靠性设计、长时间稳定运行和电子束控制方面的经验，可为阳光电源在下一代碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体功率器件的应用研究提供跨领域启发。特别是在极端环境下的电子迁移稳定性控制和热-电耦合设计方面，可能存在可借鉴的方法论。总体而言，这是一项技术成熟度较高但与公司业务关联度较低的专业技术，建议保持技术跟踪但不作为重点研究方向。