E波段曲折双脊波导行波管的研究

发布时间：2020-03-28 17:37

【摘要】：空间行波管放大器作为卫星通信以及众多航天器上的关键单机,广泛应用于射频信号链路的末级放大。空间行波管是空间行波管放大器的核心部件,在信号数传中发挥举足轻重的作用。随着E波段中71～76GHz和81～86GHz被国际电信联盟划分给卫星通信使用,E波段空间行波管的研究必将对下一代卫星通信的发展具有极其重要的意义。本文主要针对81～86GHz工作频带内的E波段曲折双脊波导慢波结构分别进行了理论分析、仿真和实验测试研究。论文以E波段80W行波管为设计目标,从曲折双脊波导慢波结构的基本理论出发,对E波段曲折双脊波导的高频特性进行了理论分析;并利用CST Microwave Studio仿真软件模拟了曲折双脊波导的关键尺寸对高频特性的影响。本文中采用理论计算的方式,初步确定了曲折双脊波导慢波结构的关键尺寸,围绕计算得到的尺寸,利用CST Microwave Studio模块对关键尺寸进行了优化选择;为了得到良好的传输特性,论文中使用CST Microwave Studio设计了由直线型脊波导过渡器和渐变波导组成的输入、输出结构。由于曲折双脊波导脊的存在,相对于普通折叠波导,结构更加复杂,在对输入、输出结构进行多次优化后,得到电压驻波系数(VSWR)均在1.45以下,输入、输出渐变结构在工作带宽内与慢波结构匹配性能良好;利用PIC粒子模拟仿真曲折双脊波导的注-波互作用过程,得到在中心频率(83.5GHz)处输出功率为139W,电子效率为6.2%,饱和增益为41.0dB。同时,81～86GHz内功率均大于114W,电子效率大于5.06%,饱和增益在40.0dB以上的曲折双脊波导型高频慢波结构,满足初始的设计要求。论文分析了曲折双脊波导慢波结构的加工方案,最终,将零件分成三部分加工,通过高速数控铣完成加工。对加工完成的零件进行了表面清洗、酸洗等工艺处理和加工精度检测。最后通过矢量网络分析仪测试了曲折双脊波导慢波结构的VSWR,得到该零件的VSWR在工作频带内均在1.55以下,验证了该结构良好的传输特性。
【图文】：

带宽特性等无可替代，也成为现代电子战中重要的一种微波管ｔｌ］ａ逡逑行波管结构主要由：电子枪、聚焦系统、慢波结构、输入输出结构、集中衰逡逑减器、收集极等六大部件组成［２，３］，其结构示意图如图１．１［４］所示：逡逑＇电子枪１丨输Ａ结构）［聚焦系统ｊ逦［输出结构］逦［收集极：逡逑ｉ集中衰减器＾逦慢波１邋结构）逡逑图１．１行波管结构逡逑（１）

１．２．２空间行波管研究现状及发展趋势逡逑国外生产行波管的厂家主要有５；邋＆本的ＮＥＣ公司．、俄罗斯的ＡＬＭＡＺ公塌、逡逑美国的Ｌ３公芎和法国的ＴＨＡＬＥＳ公司［２９＿３２］。图１．２为国外的空间行波管产品。逡逑图１．２国外空间行波管逡逑在全球诸多Ｓ间行波管生产供应商中，法国ＴＨＡＬＥＳ公旬已经发展成为目逡逑前全球最大的５！、间行波管生产供应商ｔ其供应及研制的空询行波管长期代表着国逡逑际最先进的水平、据统计显示，ＴＨＡＬＥＳ公司各波段的产品如下：①Ｌ波段空间逡逑行波管，效率６２％，功率７０？２８０Ｗ。②Ｓ波段空间行波管，效率６６％，功率逡逑７０？２８０Ｗ。③Ｃ波段空间行波管，效率６８％，功率２０？１２０Ｗ。④Ｘ波段空伺行逡逑波管，效率６３％，功率１０？１６０Ｗ。⑤Ｋｕ波段空间行波管，效率６８％，功率２５？２２０Ｗ。逡逑⑥Ｋ波段空间行波管，，效率６２％，功率１５？２００Ｗ。⑦Ｋａ波段空间行波管，效率逡逑５７％，功率１０？１５０Ｗ。波段空间行波管，效率４５°／。，功率１００Ｗ。⑨Ｖ波段逡逑空间行波管
【学位授予单位】：中国电子科技集团公司电子科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN124

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本文编号：2604690