W波段扩展互作用振荡器的设计与优化

发布时间：2020-03-25 08:37

【摘要】：与传统的速调管、行波管、磁控管等器件相比,扩展互作用振荡器在毫米波乃至太赫兹波段可以实现更大的输出功率。由于其具有体积小、结构紧凑等特点,被广泛应用于雷达、电子对抗、航空航天等领域。本论文围绕注-波互作用为主题,以W波段扩展互作用振荡器为例,开展理论模拟、数值计算和仿真分析等方面的工作:1.基于一维电子圆盘模型,从运动学角度出发,考虑电子圆盘之间的空间电荷力,形成扩展互作用振荡器的基本理论模型,分析了 W波段扩展互作用振荡器的初始相位、周期个数、工作电流、调制系数、周期长度对电子转换效率的影响。研究表明,慢波结构周期长度略低于同步周期长度时,注-波互作用效率更高,而且随着间隙数目和调制系数增加,电子转换效率不断增加并出现极大值。2.基于能量守恒基本原理和一维圆盘注-波互作用方程,结合耦合腔特性阻抗与外观品质因数,得到了扩展互作用振荡器的自洽非线性理论模型,分析了工作参数变化对扩展互作用振荡器输出功率和效率的影响。结果表明,工作电压、电流和外观品质因数不仅影响扩展互作用振荡器输出功率,还是关系到振荡器是否起振的关键因素。3.基于扩展互作用振荡器的理论分析与数值模拟得到的参数,在CST仿真软件中对W波段95GHz的柱形束扩展互作用振荡器进行模拟研究,最后实验得到:W波段9间隙扩展互作用振荡器的周期长度为0.79mm,工作频率为94.18GHz,工作电压与电流分别为19kV和0.4A,输出功率为1020W,电子转化效率达到13.42%,表明该腔体性能良好,满足设计要求,与C++语言编写的自洽非线性模拟得到输出功率1130w,电子转化效率14.86%相比,误差在10%左右,验证了该程序的有效性,为微波器件研发与设计提供参考。
【图文】：

心频率为９３．８ＧＨｚ，占空比为０．５％，是专门针对Ｗ波段雷达与科学仪器应用而逡逑设计的注－波互作用器件。２０１３年，ＣＰＩ研制了一种ＥＩＯ新型号，工作频率为逡逑２６４ＧＨｚ，，如图１－１所示，具有从２５８ＧＨｚ到２７０ＧＨｚ的精确频率调谐能力’如图逡逑１－２所给出的ＣＷ可调谐ＥＩＯ性能示意图，使用寿命超过２００００小时［１４］。逡逑遍逡逑图１－１高功率可调谐ｃｗ扩展互作用振荡器逡逑２Ｓ４邋ＧＨｚ邋Ｃ邋Ｗ邋Ｅ１０邋Ｔｅｓｔ邋Ｄ邋ａｔａ逡逑３邋逦逡逑２．５逦逦－逦逡逑２邋逦逦逦—逦逦逦＊逦逦—逦逦逦—逦逦逦逦逡逑Ｉ邋１．５邋－逦逦邋逦逡逑、．……１……逦逡逑０．５邋逦逦逦逡逑２５６逦２５８逦２６０逦２６２逦２６４逦２６６逦２６８逦２７０逦２７２逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．邋ＧＨｚ逡逑图１－２邋ＣＷ可调谐频率ＥＩＯ性能逡逑４逡逑

心频率为９３．８ＧＨｚ，占空比为０．５％，是专门针对Ｗ波段雷达与科学仪器应用而逡逑设计的注－波互作用器件。２０１３年，ＣＰＩ研制了一种ＥＩＯ新型号，工作频率为逡逑２６４ＧＨｚ，如图１－１所示，具有从２５８ＧＨｚ到２７０ＧＨｚ的精确频率调谐能力’如图逡逑１－２所给出的ＣＷ可调谐ＥＩＯ性能示意图，使用寿命超过２００００小时［１４］。逡逑遍逡逑图１－１高功率可调谐ｃｗ扩展互作用振荡器逡逑２Ｓ４邋ＧＨｚ邋Ｃ邋Ｗ邋Ｅ１０邋Ｔｅｓｔ邋Ｄ邋ａｔａ逡逑３邋逦逡逑２．５逦逦－逦逡逑２邋逦逦逦—逦逦逦＊逦逦—逦逦逦—逦逦逦逦逡逑Ｉ邋１．５邋－逦逦邋逦逡逑、．……１……逦逡逑０．５邋逦逦逦逡逑２５６逦２５８逦２６０逦２６２逦２６４逦２６６逦２６８逦２７０逦２７２逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．邋ＧＨｚ逡逑图１－２邋ＣＷ可调谐频率ＥＩＯ性能逡逑４逡逑
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN752

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本文编号：2599672