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系统并网技术
★ 5.0
磁场对真空电子放大器稳定性与功率的影响
Effects of Magnetic Field on Stability and Power of Vacuum Electronic Amplifiers
| 作者 | Vadim Jabotinski · Alexander N. Vlasov · Simon J. Cooke · Thomas M. Antonsen |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 磁聚焦场 速调管 射频结构增益 电子束包络方程 射频放大器 |
语言:
中文摘要
本文阐述了磁聚焦场对基于具有一系列互作用间隙的射频结构的一大类速调管放大器的稳定性、增益和功率影响的理论及建模,此类射频结构应用于行波管、速调管和其他速调管器件中。针对不同的磁聚焦条件,计算了射频结构和电子束集总电路参数矩阵,然后从行列式方程中得出自激阈值。推导了一种新的射频结构增益公式,并将其用于已求得的自激阈值。获得了不受小振幅振荡限制的束流包络方程的解析解,并利用该解确定能提供不同束流包络半径和振荡幅度的磁聚焦条件。以 $K_a$ 波段曲折线结构为例表明,最佳磁聚焦、电子束半径以及振荡束流包络的轴向位置可显著提高增益和功率。本文所述的方法和分析对于先进射频放大器的计算、研究和设计至关重要。
English Abstract
The theory and modeling of the effects of magnetic focusing field on the stability, gain, and power of the large class of VE amplifiers based on RF structures with a series of interaction gaps used in traveling-wave tubes, klystrons, and other VE devices is presented. The RF structure and e-beam lumped circuit parameter matrices are computed for different magnetic focusing conditions, and then the self-excitation thresholds are obtained from the determinant equations. A new formulation for the RF structure gain is derived and used for the found self-excitation thresholds. An analytical solution of the beam envelope equation not limited by the small-amplitude oscillations is obtained and employed to define the magnetic focusing conditions providing various beam envelope radii and oscillation amplitudes. It is shown for the example K _a -band serpentine structure that the optimum magnetic focusing, e-beam radius, as well as axial position of the oscillating beam envelope allow significantly greater gain and power. The methods and analysis described here are essential for the computation, research, and design of advanced RF amplifiers.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这篇关于真空电子放大器磁场效应的论文虽然聚焦于行波管、速调管等传统真空电子器件,但其核心研究方法和物理机制对我司在高频功率电子领域的技术演进具有一定的参考价值。
该研究通过建立磁聚焦场对射频放大器稳定性、增益和功率影响的理论模型,实现了对自激振荡阈值的精确预测和束流包络方程的解析求解。这种系统性的建模方法论,特别是其对电磁场与电子束相互作用的深入分析,可为我司在高频逆变器和电力电子变换器的电磁兼容性设计提供理论借鉴。在大功率光伏逆变器和储能变流器中,开关频率的提升和功率密度的增加常伴随着复杂的电磁干扰问题,该论文对稳定性阈值的数学建模思路值得参考。
然而,需要客观指出的是,真空电子技术与我司主营的固态功率电子技术存在本质差异。真空电子器件主要应用于雷达、卫星通信等特殊领域,其体积大、效率相对较低的特点与新能源装备追求高效率、高集成度的发展方向不完全契合。该技术的直接应用价值有限,更多体现在方法论层面的启发。
从战略角度看,我司当前应继续聚焦于宽禁带半导体(SiC/GaN)功率器件的应用创新、高频磁性元件优化设计等与核心业务直接相关的技术方向。对于此类基础研究成果,建议保持跟踪了解,重点吸收其在电磁场仿真、稳定性分析等方面的建模思想,转化为提升我司产品电磁性能和可靠性的工具方法。