C波段大功率高效率回旋波整流器的研究
发布时间：2022-01-02 00:47
在恒定导引的磁场和交变电磁场中,运动的电子会产生回旋谐振现象,该现象在自然中广泛存在,同时也是一种非常重要的物理现象。在已经开发的这类器件中,最广为人知的是回旋管。实际上,回旋波整流器也是这样一种基于回旋谐振现象而又与回旋管电子注群聚方式不同的电子器件,同样也是值得我们关注的。随着无线输电技术的迅速发展,微波输能技术越来越成为可能,而将微波能量转换为直流电的回旋波整流器,相比半导体整流二极管,具有高功率、高电压的特征,是大功率微波输能系统中的核心器件之一。本论文提出了一种工作在C波段的回旋波整流器整管设计。首先对回旋波整流器的工作原理做出概述,接着对C波段回旋波整流器整管设计参数进行系统背景介绍,做出整体设计考虑。然后对其电子注参数和高频结构、输入结构、收集极进行基本分析,结合CST仿真软件,设计出高频谐振腔和输入结构的几何参数,在输入结构中增加同轴滤波结构,实现了同轴线和谐振腔的阻抗匹配并使谐振腔带宽得到一定拓展。在电子束能量转换区,给出了满足电子横向动能转换为纵向动能的磁场基本分布形式以及能量转换区长度,保证了电子的解旋效率。结合高频互作用区的条件,推导出电子枪应具备的电参数,运用...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国“攀登者”临近空间飞行器
电子科技大学硕士学位论文470年代，R.M.Dickinson团队通过GaAs二极管将微波能量成功转换为直流能量，当微波输入功率为8W时，能量的转换效率为82.5%[9-10]。2004年，JosephA等一些人提出了一种可同时工作于2.45GHz和5.8GHz两个频段，且入射功率密度要求很低的64阵元的双频圆极化的整流天线阵列[11]。2013年，荷兰爱因霍芬科技大学HaoGao等人设计了基于65nmCMOS工艺的整流天线，其工作频率为60GHz，输入功率为7dBm、负载为1500欧姆时的整流效率大概在4.4%[12-14]。与此同时，除了对微波转换效率较高的半导体二极管整流器件进行研究以外，很多研究者更关心的是微波输能系统具有输出功率较大，输出电压较高的特点。故对类似微波管的新型器件——回旋波整流器展开研究。美国学者D.C.Waston、R.W.Grow和C.C.Johnson作为国外最早开展回旋波整流器的研究者[15-16]，他们的实验中，输入功率仅为1W~5W。以沙文和温凯等人为首的莫斯科大学科研团队在上世纪70年代初开始关注大功率、高效率的回旋波整流器，并和Tory微波公司开展合作[17]，研制出如图1-3所示的回旋波整流器的一系列实验样品。图1-3回旋波整流器实验室样品其第一个试验样品工作在S波段，当微波输入功率为25W~35W时，可达到70%~74%的微波-直流电转换效率，它的最大输入功率为100W。ISTOK是俄罗斯的一家大型微波公司，与莫斯科大学联系非常紧密，他们进行了多次合作，并着力于研发中等功率产品，成功研制出了多种中等功率范围的回旋波整流器产品。经过俄罗斯人多年的不断深入探索，回旋波整流器的工作性能得到了很大的改善，其各项指标相比最初提高了很多。除此之外，他们在不同的工作频段研制出一系列回旋波整流器，具体情况如表1-1所示。
第一章绪论5表1-1回旋波整流器系列产品性能参数由表1-1可见，俄罗斯对回旋波整流器的研究具有一定的深度了，对回旋波流器的研究其工作频段主要集中在S波段和X波段。国内电子科技大学刘盛纲院士和林为干院士很早就做出了“高功率微波进展”的专题报告，提倡与此有关的研究工作。空军工程大学电讯工程学院的王秩雄教授等人也对回旋波整流器一直跟踪研究[18-20]，对回旋波整流器各部分结构进行了系统分析，最终成功研制出回旋波整流器样品，这是我国第一个成功的样品，结构如图1-4所示，其中1为微波输入，2为电子枪，3为谐振腔，4为永磁铁，5为转换区，6为收集极。他们对其作出了相关的测试工作，最后得到整流器工作频率为2.4GHz、可以输出3W的功率、能量转换效率约为70%。图1-42.4GHz回旋波整流器2011年，电子科技大学的赵晓云博士设计出了2.85GHz的回旋波整流器，对回旋波整流器各部分结构进行了系统的分析[21]，其输出功率在12kW左右，该回旋波整流器理论总体效率为83%。2016年，电子科技大学的徐子枫硕士对X波段
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ku波段微波无线输能系统技术研究[J]. 黎深根,陈仲林,宋磊,张琳,李天明,冯进军,周碎明. 微波学报. 2019(04)
[2]2.85GHz回旋波整流器高频系统的设计及优化[J]. 徐子枫,李天明,刘坤. 电源学报. 2017(01)
[3]微波整流天线研究进展[J]. 付文丽,董士伟,董亚洲,王颖. 空间电子技术. 2016(02)
[4]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[5]一种基于肖特基二极管的大功率微波整流电路[J]. 张彪,刘长军,江婉,郁成阳. 电子学报. 2013(09)
[6]5.8GHz回旋波整流器高频互作用区的研究[J]. 邓强,李天明. 电子设计工程. 2012(24)
[7]回旋波整流器高频系统设计与粒子模拟研究[J]. 赵晓云,李家胤,孙治国. 微波学报. 2008(04)
[8]回旋波微波整流器实验测量及分析[J]. 陈绳乾,王秩雄,黄建仁,张正齐. 电工电能新技术. 2008(02)
[9]无线输电技术与卫星太阳能电站的发展前景[J]. 王秩雄,王挺,乔斌. 空间电子技术. 2006(02)
[10]快回旋电子束波吸收微波能量过程的分析与计算[J]. 王挺,王秩雄. 微波学报. 2005(S1)
博士论文
[1]基于回旋谐振机制的特殊电真空器件研究[D]. 赵晓云.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]用于微波能量传输的差分整流天线的研究[D]. 张朋.南京邮电大学 2019
[2]X波段大功率回旋波整流器的研究[D]. 徐子枫.电子科技大学 2017
[3]微小尺寸电子注束斑的测量和分析[D]. 丁德成.电子科技大学 2016
[4]太赫兹扩展互作用速调管输入输出结构设计与整管优化[D]. 杨召龙.电子科技大学 2016
[5]W波段扩展互作用器件电子光学系统的研究[D]. 刘海敬.电子科技大学 2014
[6]5.8GHz回旋波整流器的研究[D]. 邓强.电子科技大学 2013
[7]X波段速调管电子光学系统的研究[D]. 冯海平.电子科技大学 2012
[8]回旋器件永磁包装基本理论与设计方法研究[D]. 胡文艳.电子科技大学 2012
[9]回旋波整流器能量转换区和收集极的理论分析与仿真[D]. 孙志国.电子科技大学 2008
[10]径向磁化永磁磁路设计研究[D]. 张阜文.电子科技大学 2001
本文编号：3563134
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国“攀登者”临近空间飞行器
电子科技大学硕士学位论文470年代，R.M.Dickinson团队通过GaAs二极管将微波能量成功转换为直流能量，当微波输入功率为8W时，能量的转换效率为82.5%[9-10]。2004年，JosephA等一些人提出了一种可同时工作于2.45GHz和5.8GHz两个频段，且入射功率密度要求很低的64阵元的双频圆极化的整流天线阵列[11]。2013年，荷兰爱因霍芬科技大学HaoGao等人设计了基于65nmCMOS工艺的整流天线，其工作频率为60GHz，输入功率为7dBm、负载为1500欧姆时的整流效率大概在4.4%[12-14]。与此同时，除了对微波转换效率较高的半导体二极管整流器件进行研究以外，很多研究者更关心的是微波输能系统具有输出功率较大，输出电压较高的特点。故对类似微波管的新型器件——回旋波整流器展开研究。美国学者D.C.Waston、R.W.Grow和C.C.Johnson作为国外最早开展回旋波整流器的研究者[15-16]，他们的实验中，输入功率仅为1W~5W。以沙文和温凯等人为首的莫斯科大学科研团队在上世纪70年代初开始关注大功率、高效率的回旋波整流器，并和Tory微波公司开展合作[17]，研制出如图1-3所示的回旋波整流器的一系列实验样品。图1-3回旋波整流器实验室样品其第一个试验样品工作在S波段，当微波输入功率为25W~35W时，可达到70%~74%的微波-直流电转换效率，它的最大输入功率为100W。ISTOK是俄罗斯的一家大型微波公司，与莫斯科大学联系非常紧密，他们进行了多次合作，并着力于研发中等功率产品，成功研制出了多种中等功率范围的回旋波整流器产品。经过俄罗斯人多年的不断深入探索，回旋波整流器的工作性能得到了很大的改善，其各项指标相比最初提高了很多。除此之外，他们在不同的工作频段研制出一系列回旋波整流器，具体情况如表1-1所示。
第一章绪论5表1-1回旋波整流器系列产品性能参数由表1-1可见，俄罗斯对回旋波整流器的研究具有一定的深度了，对回旋波流器的研究其工作频段主要集中在S波段和X波段。国内电子科技大学刘盛纲院士和林为干院士很早就做出了“高功率微波进展”的专题报告，提倡与此有关的研究工作。空军工程大学电讯工程学院的王秩雄教授等人也对回旋波整流器一直跟踪研究[18-20]，对回旋波整流器各部分结构进行了系统分析，最终成功研制出回旋波整流器样品，这是我国第一个成功的样品，结构如图1-4所示，其中1为微波输入，2为电子枪，3为谐振腔，4为永磁铁，5为转换区，6为收集极。他们对其作出了相关的测试工作，最后得到整流器工作频率为2.4GHz、可以输出3W的功率、能量转换效率约为70%。图1-42.4GHz回旋波整流器2011年，电子科技大学的赵晓云博士设计出了2.85GHz的回旋波整流器，对回旋波整流器各部分结构进行了系统的分析[21]，其输出功率在12kW左右，该回旋波整流器理论总体效率为83%。2016年，电子科技大学的徐子枫硕士对X波段
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ku波段微波无线输能系统技术研究[J]. 黎深根,陈仲林,宋磊,张琳,李天明,冯进军,周碎明. 微波学报. 2019(04)
[2]2.85GHz回旋波整流器高频系统的设计及优化[J]. 徐子枫,李天明,刘坤. 电源学报. 2017(01)
[3]微波整流天线研究进展[J]. 付文丽,董士伟,董亚洲,王颖. 空间电子技术. 2016(02)
[4]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[5]一种基于肖特基二极管的大功率微波整流电路[J]. 张彪,刘长军,江婉,郁成阳. 电子学报. 2013(09)
[6]5.8GHz回旋波整流器高频互作用区的研究[J]. 邓强,李天明. 电子设计工程. 2012(24)
[7]回旋波整流器高频系统设计与粒子模拟研究[J]. 赵晓云,李家胤,孙治国. 微波学报. 2008(04)
[8]回旋波微波整流器实验测量及分析[J]. 陈绳乾,王秩雄,黄建仁,张正齐. 电工电能新技术. 2008(02)
[9]无线输电技术与卫星太阳能电站的发展前景[J]. 王秩雄,王挺,乔斌. 空间电子技术. 2006(02)
[10]快回旋电子束波吸收微波能量过程的分析与计算[J]. 王挺,王秩雄. 微波学报. 2005(S1)
博士论文
[1]基于回旋谐振机制的特殊电真空器件研究[D]. 赵晓云.电子科技大学 2011
硕士论文
[1]用于微波能量传输的差分整流天线的研究[D]. 张朋.南京邮电大学 2019
[2]X波段大功率回旋波整流器的研究[D]. 徐子枫.电子科技大学 2017
[3]微小尺寸电子注束斑的测量和分析[D]. 丁德成.电子科技大学 2016
[4]太赫兹扩展互作用速调管输入输出结构设计与整管优化[D]. 杨召龙.电子科技大学 2016
[5]W波段扩展互作用器件电子光学系统的研究[D]. 刘海敬.电子科技大学 2014
[6]5.8GHz回旋波整流器的研究[D]. 邓强.电子科技大学 2013
[7]X波段速调管电子光学系统的研究[D]. 冯海平.电子科技大学 2012
[8]回旋器件永磁包装基本理论与设计方法研究[D]. 胡文艳.电子科技大学 2012
[9]回旋波整流器能量转换区和收集极的理论分析与仿真[D]. 孙志国.电子科技大学 2008
[10]径向磁化永磁磁路设计研究[D]. 张阜文.电子科技大学 2001
本文编号：3563134
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