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18-40GHz连续波螺旋线行波管注—波互作用的研究

发布时间:2018-05-21 00:18

  本文选题:螺旋线行波管 + 18-40GHz ; 参考:《电子科技大学》2015年硕士论文


【摘要】:螺旋线行波管是微波电真空器件中最为重要的一类器件,由于其所具有的宽频带、高增益、以及高输出功率等一系列优点,被广泛地应用到电子对抗、雷达、以及卫星通信等领域。本文主要以18-40GHz宽带连续波螺旋线行波管项目为依托展开研究,主要对螺旋线慢波结构的高频特性以及注-波互作用进行研究。论文的主要工作如下:1.利用仿真软件HFSS对项目方所给定的螺旋线慢波结构的高频特性进行仿真计算,重点介绍了慢波结构的色散特性、耦合阻抗特性、以及衰减常数的仿真计算。通过介质夹持杆和金属翼片加载等方式,在18-40GHz的工作频率范围内,该慢波结构具有较为平坦的色散特性,并且在一定的工作频率范围内呈现出反常色散的特性,这有利于二次谐波的抑制。在此基础之上,我们分析了螺旋线慢波结构的参数发生变化时对高频特性产生的影响,主要包括螺旋线的螺距、内径、宽度、以及厚度变化对高频特性所产生的影响,从而为高频结构的参数选取提供参考。2.在高频特性仿真的基础之上,将所得到的高频特性数据代入到2.5D大信号程序仿真软件中,即可进行注-波互作用的仿真及优化。通过项目方所给定的技术指标,确定计算所需的高频特性参数。我们计算了均匀螺距慢波电路所对应的饱和输出功率以及电子效率,计算结果表明:当采用均匀螺距慢波电路时,在18-40GHz的工作频率范围内,尤其是在工作频率范围的高频点处,饱和输出功率以及电子效率均达不到项目技术指标的要求。因此,我们采用螺距跳变技术来进行慢波电路的优化设计。通过2.5D大信号程序仿真计算得到:当工作电压为10kV,工作电流为100mA,慢波电路的总长度为150mm的条件下,我们得到了在整个18-40GHz的工作频率范围内,行波管的饱和增益大于35dB,饱和输出功率大于80W,对应的电子效率大于8%,低频点所对应的二次谐波输出功率与基波输出功率之比小于-3dB。这符合了既定的技术指标的要求,从而为18-40GHz宽带螺旋线行波管的研制奠定了基础。
[Abstract]:Helical traveling wave tube (TWT) is the most important kind of microwave vacuum device. It has a series of advantages such as wide band, high gain and high output power, so it is widely used in electronic countermeasure, radar, etc. And satellite communications and other areas. In this paper, the high frequency characteristics of helical slow wave structure and beam-wave interaction are studied based on the 18-40GHz Wideband continuous Wave Helical TWT Project. The main work of the thesis is as follows: 1: 1. The high frequency characteristics of the helix slow-wave structure given by the project are simulated by using the simulation software HFSS. The dispersion characteristic, coupling impedance characteristic and attenuation constant of the slow-wave structure are introduced in detail. By means of dielectric clamping rod and metal wing loading, the slow-wave structure has a relatively flat dispersion property in the operating frequency range of 18-40GHz, and it exhibits anomalous dispersion in a certain operating frequency range. This is beneficial to the suppression of second harmonic. On this basis, we analyze the influence of helical slow wave structure parameters on the high frequency characteristics, including helix pitch, inner diameter, width, and thickness changes on the high frequency characteristics. Thus provides the reference. 2. 2 for the parameter selection of the high frequency structure. On the basis of high frequency characteristic simulation, the high frequency characteristic data is put into 2.5D large signal program simulation software, and the beam-wave interaction simulation and optimization can be carried out. The required high frequency characteristic parameters are determined by the technical specifications given by the project side. The saturation output power and the electronic efficiency of the uniform pitch slow wave circuit are calculated. The results show that when the uniform pitch slow wave circuit is used, the operating frequency range of 18-40GHz, especially at the high frequency point of the operating frequency range, is within the range of operating frequency, especially at the high frequency point in the operating frequency range. Saturation output power and electronic efficiency can not meet the requirements of the project technical indicators. Therefore, we adopt pitch jump technology to optimize the design of slow wave circuit. The simulation results of 2.5D large signal program show that when the working voltage is 10kV, the working current is 100mAand the total length of the slow wave circuit is 150mm, we get the working frequency range of the whole 18-40GHz. The saturation gain of the TWT is more than 35 dB, the saturation output power is more than 80 W, the corresponding electron efficiency is more than 8 and the ratio of the second harmonic output power to the fundamental wave output power at the low frequency point is less than -3 dB. This meets the requirements of the established technical specifications, thus laying a foundation for the development of 18-40GHz wideband helical traveling wave tube (TWT).
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN124

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本文编号:1916888

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