新型宽带大功率毫米波带状注行波管关键部件的设计
本文选题：正弦波导 切入点：新型衰减器 出处：《电子科技大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：行波管作为真空电子器件家族中市场占有率最高的一种器件,在国防安全,科学研究,卫星通信等方面具有广泛的应用。慢波结构作为行波管的核心部件,其性能的优劣直接影响行波管的性能。包括中国在内的世界上很多军事科技强国相继开展了对应新型慢波结构的探索工作。2010年电子科技大学许雄博士提出一种适用于带状电子注工作的正弦波导,并初步研究证明了正弦波导是一种具有诸多优点的新型慢波结构。本论文基于常规正弦波导慢波结构对W波段千瓦级行波管与140GHz正弦波导行波管做了进一步优化设计工作,为充分挖掘正弦波导的潜力以及后续的实验研究提供相应的解决方案。具体工作包括:1.全面比较正弦波导慢波结构与半周期交错双栅慢波结构传输与反射方面的性能。从相同工作电压与相同外观尺寸两个方面对两种结构传输与反射方面的性能进行比较。通过比较证实了正弦波导在传输与反射方面的性能均优于半周期交错双栅,证明了正弦波导是一种传输与反射性能优良慢波结构。同时设计了一种适用于正弦波导的新型阶梯状渐变集中衰减器,通过与相同长度的常规H面加载的衰减器相比,本文所设计的新型衰减器在反射情况相当的情况下,具有更大的衰减量,这对缩短整管长度具有指导意义。2.利用HFSS和CST的微波工作室与粒子工作室,基于常规正弦波导慢波结构和新型阶梯状渐变集中衰减器重新优化设计了W波段千瓦级行波管。具体包括高频特性的分析与注-波互作用的模拟。从模拟结果来看,所设计的W波段千瓦级正弦波导行波管的调谐带宽达8GHz。91-98GHz频段内输出的峰值功率达1200W以上,93-97GHz频段内峰值输出功率达到1300W。在阴极电流密度与互作用效率方面较许雄论文中的设计均有了改善。为后续试验研究提供了一种解决方案。3.利用HFSS和CST设计了140GHz正弦波导行波管。模拟结果显示本文所设计的行波管在130-150GHz范围内具有100W以上的连续波功率输出。带内产生最大平均输出功率达345W,最大增益达48.4dB,最大互作用效率达8.8%。同时相比文献[60]中的设计电压,电流,电流密度均有所降低。同时设计了带宽超过40GHz适用于正弦波导慢波结构的盒型窗。仿真显示在120-160GHz范围内驻波系数小于1.16。
[Abstract]:Traveling wave tube (TWT), which has the highest market share in the vacuum electronic device family, has been widely used in national defense security, scientific research, satellite communication, etc. Slow wave structure is the core component of TWT. The performance of TWT directly affects the performance of TWT. Many military scientific and technological powers including China have carried out the exploration work corresponding to the new slow wave structure. In 2010, Dr. Xu Xiong, University of Electronic Science and Technology, proposed a suitable method for TWT. The sinusoidal guide used in the work of the band electron beam, It is proved that sinusoidal wave guide is a new type of slow-wave structure with many advantages. In this paper, based on conventional sinusoidal slow-wave structure, the design of W-band kW class TWT and 140GHz sinusoidal guided TWT is further optimized. To fully tap the potential of sinusoidal wave guidance and provide corresponding solutions for subsequent experimental research. The specific work includes: 1. A comprehensive comparison of sinusoidal slow-wave structure and half-period staggered double-gate slow-wave structure transmission and reflection. Performance. The transmission and reflection performances of the two structures are compared in terms of the same operating voltage and the same appearance size. It is proved that the sinusoidal guide is superior to the half-period staggered double gate in transmission and reflection performance. It is proved that sinusoidal wave guide is a kind of excellent slow wave structure with good transmission and reflection performance. A new stepped gradient attenuator is designed for sinusoidal guide, which is compared with the conventional H plane attenuator of the same length. The new attenuator designed in this paper has more attenuation under the condition of the same reflection, which is of guiding significance for shortening the length of the whole tube. 2. The microwave studio and particle studio using HFSS and CST are used. Based on the conventional sinusoidal guided slow wave structure and a new stepped gradient attenuator, the W-band KW traveling wave tube is redesigned. The analysis of the high frequency characteristic and the simulation of the beam-wave interaction are included. The tunable bandwidth of the designed W-band kW sinusoidal guided traveling wave tube is 8GHz. 91-98GHz the output peak power is more than 1200W. The peak output power in 93-97GHz band is 1300W. The comparison between cathodic current density and interaction efficiency is discussed. The design in this paper has been improved and a solution for further experimental research is provided. (3) 140GHz sinusoidal guided TWT is designed by using HFSS and CST. The simulation results show that the TWT designed in this paper has more than 100W in the range of 130-150GHz. The maximum average output power in the band is 345W, the maximum gain is 48.4 dB, the maximum interaction efficiency is 8.8. At the same time, compared with the design voltage in [60], At the same time, a box window with bandwidth over 40GHz for sinusoidal slow-wave structure is designed. The simulation results show that the standing wave coefficient is less than 1.16 in the range of 120-160 GHz.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN124
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，本文编号：1568567
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