W波段折叠波导行波管的研究

发布时间：2019-09-25 04:52

【摘要】：一般而言,慢波系统中使用最广泛的两种结构是螺旋线和耦合腔慢波线,螺旋线行波管具有很宽的带宽,所需工作电压较低,互作用效率也较高,但输出功率电平很大程度上受制于螺旋线热耗散能力的限制。耦合腔行波管的结构为全金属,因此其散热能力很强,承载的功率可以做得很大,但缺点是瞬时带宽较窄,一般约10%左右。随着高功率真空电子放大系统的研究技术日益先进,产生了一些性能更优的新型慢波结构,折叠波导慢波系统就是其中之一。将矩形波导沿着其轴线方向按一定的节距弯曲所形成的慢波系统就是折叠波导慢波结构,该慢波线具有相对较宽的带宽,由于是二维结构,慢波线加工与整管组装都相对简单,成本较低。同时其生产工艺上具有很好的一致性与可重复性,便于大规模生产。随着技术的发展,卫星的测控与通讯链路已扩展到毫米波波段,如美国的宽带卫星WGS,可以提供W波段广播业务与新的军用W波段业务。W波段以及更高频段的信号抗干扰能力强,较难截获,能极大提高电子通讯系统的安全性。根据国内高频段折叠波导行波管研究现状以及本实验室已成功研制出性能较理想的Q波段折叠波导行波管的设计经验,本文设计一支工作频段更高的W波段折叠波导行波管,在工作频段92GHz-96GHz内,该管电子效率达到3.3%,输出功率达到60W,整管平均增益达到34dB以上。本文主要开展如下研究:1、利用行波管工作电压、电流、阴极发射电流密度以及电子枪注腰半径等参数在Matlab中计算出合适的电子枪尺寸,后在乌克兰软件ORION中仿真优化得出满足该管工作要求的电子枪。2、首先引入计算折叠波导慢波结构色散特性的等效电路方法对折叠波导做一个近似的理论分析,而后为了在指定的带宽范围内获得大的耦合阻抗和较理想的色散特性,提高互作用增益和效率,我们将研究折叠波导各个结构参数对管子性能的影响,获得宽频带的高效互作用慢波结构。这些工作都将在HFSS和乌克兰软件ORION中进行,通过不断地仿真以及互作用优化以达到设计要求。最后,以慢波结构的非线性大信号理论为基础,在Matlab中实现折叠波导慢波结构的一维非线性大信号仿真,以验证前面仿真设计的合理性。3、针对以上慢波结构,结合电子枪工作电压以及电子束半径等参数设计出合适的周期永磁聚焦系统(PPM)。在教研室老师工作的基础上利用HFSS软件不断仿真优化,设计出了性能较好的输入输出结构和集中衰减器以满足行波管工作要求。4、将各器件装配成整管,并对整管的输出功率及增益等参数进行测试,对测试结果进行总结。
【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：2541251