X波段三轴速调管放大器自激振荡诊断技术研究

发布时间：2019-11-17 00:39

【摘要】：三轴速调管放大器(TKA)是高功率微波在X波段实现相干功率合成的一种重要器件,TKA工作过程中可能出现的自激振荡会对其性能造成严重影响。因此,开展TKA中自激振荡的诊断技术研究对于分析和抑制自激振荡具有重要意义。本论文提出了一种基于透波介质和金属镀层的新型波导耦合结构,在对该结构进行理论分析和仿真研究的基础上,设计了TKA自激振荡诊断系统,开展了单间隙输出腔TKA和双间隙输出腔TKA自激振荡频率、模式、脉宽及功率比等方面的实验研究。论文的主要内容如下:1、介绍了TKA群聚腔内的自激振荡特性,分析了采用磁探针和耦合孔两种方法对自激振荡进行诊断的可行性。结果表明,磁探针虽然使用灵活,但存在响应频率受限,造价高等缺点;传统的耦合孔结构基本可以适应自激振荡使用要求,但存在结构复杂、真空密封困难等问题。2、提出了一种基于透波介质和金属镀层的新型波导耦合结构,该结构具有外形简单紧凑,无需外部密封等优点。利用CST仿真软件,对耦合孔半径、耦合孔厚度和高分子层厚度等影响耦合度的参数进行了研究。结果表明,耦合孔半径和厚度对耦合度影响较大,耦合孔半径大于2mm时,出现多个谐振点,根据仿真结果并结合具体加工工艺,确定耦合孔半径为2mm,厚度为0.1mm,高分子层厚度为3mm,在9.375GHz时设计耦合度约-35dB。利用三维粒子模拟软件,对耦合器在热腔条件下的性质进行了研究,并对耦合器在X波段TKA上的应用进行了模拟,仿真结果显示,该耦合器可以实现对TKA腔内X波段自激振荡的诊断。3、根据自激振荡诊断需求,完成了对耦合器的加工,并利用矢量网络测试仪进行了冷腔实验,结果表明,在9.375GHz时,器件耦合度为-25.68dB,在11.5GHz时,器件耦合度为-32.07dB,满足设计要求。搭建了基于耦合器的TKA自激振荡诊断系统,进而分别对单间隙和双间隙TKA进行了在线诊断,实验结果表明,对单间隙TKA来说,在其工作导引磁场范围内,漂移管内的自激振荡频率主要为9.92GHz和10.85GHz,其在漂移管内对应的模式分别为TE21模式和TE51模式,自激振荡总功率约为500W。对双间隙TKA来说,在其工作导引磁场范围内,漂移管内的自激振荡频率主要为9.36GHz和10.91GHz,其在漂移管内对应的模式分别为TEM模式和TE51模式,自激振荡总功率在10kW量级,并且TE51模式的自激振荡随磁场增加而逐渐减小。
【图文】：

结构示意图,漂移管

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文科技大学戚祖敏博士提出了一种改进型 TKA 结构[40]。如图 1侧向馈入式输入腔结构，输入波导为两个对称的矩形波导；轴互作用腔；输出腔采用单间隙或多间隙同轴互作用腔结构；同轴波导作为漂移管相互连接[40]。计 TKA 时，需要综合考虑功率容量和杂模振荡两种因素，，选和同轴漂移管内外导体半径，戚博士设计的 TKA 的电子束半管内导体半径为 35mm，外导体内半径为 45mm，磁场线圈第一段漂移管长度为 110mm[40]。

磁探针,结构示意图

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文远场测量结果不能作为自激振荡诊断的依据，只能起到对比参照的作用。基于以上原因，为获得自激振荡的相关信息，需要发展一种针对 TKA 腔内的电磁场诊断技术，为解决自激振荡问题提供技术支撑。1.3 自激振荡电磁场诊断工具研究现状常见的电磁场诊断工具包括电探针、磁探针和波导耦合器等。考虑到 TKA漂移管结构紧凑、内外导体间距小、外部空间受磁场线圈限制等因素，本论文重点调研了磁探针与波导耦合器这两种结构相对简单，使用方便的诊断工具。1.3.1 磁探针在电磁场诊断中的应用磁探针[41]-[43]实质上是一个放置于待测空间中的导电线圈，由于探针线圈尺寸很小，截面半径一般为毫米量级，所以一般设计为探针的形式，插入到待测空间中，其结构及安装示意图如图 1.4、图 1.5 所示：
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN122;TN722

【参考文献】