基于慢波结构的微波器件小型化技术研究

发布时间：2020-05-16 12:06

【摘要】：随着通信技术的快速发展,通信系统的小型化和集成化要求越来越高。无源微波器件作为通信系统中的重要组成部分,它的小型化和集成化也受到越来越多人的关注。无源微波器件的小型化技术研究已经成为电磁场与微波技术理论中重要的研究方向。本文基于开槽式的慢波结构(SWS,Slow-Wave Structure),对无源微波器件的小型化技术展开研究,并利用ANSYS HFSS电磁软件设计了多种基于慢波结构的无源微波器件。本文的主要研究内容如下:1.详细研究了慢波结构的基础理论,分析了慢波结构的工作原理及特性。2.提出了两款基于缺陷地结构(DBG,Defect Ground Structure)的慢波结构小型化低通滤波器。该滤波器具有宽带带外抑制能力。并将两款缺陷地结构低通滤波器加工成实物测试,滤波器测试结果和仿真结果有较好的吻合。3.提出了一款新型慢波基片集成波导(Slow-Wave Substrate Integrated Waveguide,SW-SIW)结构的喇叭天线。该天线工作频率范围为32.95GHz-34.58GHz,通信带宽为1.63GHz,天线增益10.8dBi,和没有慢波结构的喇叭天线相比,大大提高了天线的工作带宽和辐射效率。4.提出了一款终端加载偶极子阵列的SW-SIW喇叭天线。该天线的工作频率范围为32.87GHz-35.08GHz,通信带宽为2.21GHz,最大辐射方向的增益为12.3dBi。该结构增强了天线的增益,提高了旁瓣抑制和工作带宽,使天线的辐射效率和性能有了较大的提升。5.提出了一款基于终端加载印制带状结构的SW-SIW结构喇叭天线,该天线的工作频率范围为29.67GHz-34.60GHz,通信带宽为4.93GHz,天线增益为12.7dBi。该结构提高了天线的工作带宽,增益和旁瓣抑制。
【图文】：

结构图,行波管,螺旋线,结构图

贵州大学硕士学位论文1.2 慢波结构的研究现状慢波结构最早是由国外 Lindenblad 在十九世纪四十年代提出来的，是一旋线形式的慢波结构[3-4]。该结构最初是运用于行波管中，通过降低行波管电磁波相速度，使行波管中的相速度低于电子束的速度，这样就可以使行波的电子束与高频电场能够更有效的相互作用，实现电子动能与电磁能的相化，进而提高行波管的性能。这种螺旋线式行波管的结构如图 1.1 所示，由部分组成：电子枪、慢波结构、聚焦系统、能量耦合装置、收集极[5-7]。

慢波结构,行波管,栅控,极靴

传统的慢波结构主要分为：螺旋线式慢波结构和耦合腔式慢波结构。其中螺旋线式慢波结构的色散曲线比较平坦，而且工作带宽比较宽，耦合腔式的慢结构有大的功率容量。但是，传统的两种慢波结构在高频段都存在严重的问题随着工作频段的提升，系统对慢波结构的尺寸要求会越来越小，工艺的制作以实现大功率输出都存在较大的限制[8-9]。为解决该问题，美国威斯康辛大学2005-2006 年提出了一款曲折波导慢波结构的行波管，该结构的行波管可40-55GHz 的频率下高功率输出[10-11]，，美国加州大学戴维斯分校于 2007 年提出半周期交错双栅慢波结构，该结构的行波管可以在 220GHz 工作频段输出功率50W[12]。美国 L-3 公司在 2010-2013 年提出了 W 波段整体极靴式曲折慢波结的脉冲行波管和栅控曲折慢波结构的行波管，如图 1.2 所示[13-14]。图 1.1 螺旋线式行波管结构图
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN61;TN713

【参考文献】