离轴X波段高增益相对论速调管放大器的研究

发布时间：2019-10-16 09:26

【摘要】：随着高功率微波技术在高频段(X波段以上)的应用越来越广泛,以及为了适应低阻抗脉冲功率源的发展趋势,论文提出了易抑制自激振荡的、小型化的多器件单系统功率合成技术方案。该方案中多数高增益相对论速调管器件都工作在离轴上,因此有必要开展了其离轴特性研究,以及离轴多器件单系统的功率合成技术分析。结合高增益相对论速调管的特点,论文分析了相对论速调管各腔体的等效电路理论,推导了考虑空间电荷效应影响的大信号电子束群聚理论。同时,为了解释离轴高增益相对论速调管的电子束偏转现象,论文在研究了螺线管线圈磁体的离轴聚束磁场特性的基础之上,在理论上分析出离轴环形电子束随着其中心轴磁力线的偏转而偏转的运动特性。根据离轴聚束磁场特点可知,离轴环形电子束在离轴磁场的中间区域能很好地被聚束,并通过PIC粒子模拟验证了理论分析结果。为了抑制电子回流引起的自激振荡、提高增益和减小输出腔的射频击穿,设计出了X波段多间隙慢波结构输出腔的、高阻抗(800欧)的五腔高增益相对论速调管放大器。当馈入微波功率2.77 kW、束压800 kV和束流1 kA时,该器件的整管2D模拟得功率300 MW、增益50.3 dB和效率37.5%的稳定微波输出。为了消除非轴对称模式干扰,论文开展了器件的整管3D模拟研究。当馈入微波功率1.96 kW时,器件的3D粒子模拟获得功率284 MW、增益51.6 dB和效率35.5%的稳定微波输出。对高增益相对论速调管进行离轴特性分析,结果证明离轴工作的器件同样具有放大微波功率的作用,并在离轴半径54 mm的中间磁场区域时获得功率为282 MW的稳定微波输出。论文开展了同一磁体中的离轴半径54 mm圆上均匀放置八个器件的单系统功率合成技术分析。设计出八合一功率合成器,并将它同离轴八注八管高增益相对论速调管的单系统进行整体模拟,结果实现了合成功率1.84 GW、增益50.7 dB和单系统效率28.9%的稳定微波输出。
【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】：TN722;TN122

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本文编号：2549916