一种S波段正交场放大器特性研究
发布时间：2021-06-09 16:07
正交场放大器是一种利用电子在互相垂直的电场和磁场中运动并同微波场交换能量来放大信号的真空电子器件,在磁控管的基础上发展而来,具有体积小、工作电压低、相位稳定、高效率,频带宽等优点。正交场放大器产品应用数量很大,广泛应用在目标搜索、跟踪等雷达系统中,在众多微波管中有不可替代的地位。本文主要对S波段正交场放大器进行基础理论研究和仿真研究,理论研究主要包括正交场放大器中的电子在静态场和高频场中的运动、慢波结构的色散特性和耦合阻抗。进行仿真研究时,为了验证结果的正确性,使用不同软件对正交场放大器的慢波结构、输入输出结构以及整管进行建模仿真分析。仿真研究首先是对慢波结构进行确定,选取短管支撑曲折线作为慢波结构,为了使慢波结构满足设计要求,对慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行分析,研究慢波结构中的尺寸参数对高频特性的影响。其次是对传输特性进行分析,先使用CST软件建立模型,选取简单的同轴结构作为输入输出结构,调整输入输出结构与慢波结构间的连接以达到良好的耦合,最终使得驻波比小于1.65,传输效果良好。为验证准确性,再使用CHIPIC软件对整管结构进行冷态仿真,从输入和输出功率图可看出信号传输效果良好...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
验证将磁控管转换成放大器的第一个器件的结构示意图
低等优点，在阳极表面的高频电场是一个相位固定的驻波场，早期磁控管应用在雷达、医疗、航空航天等领域，但逐渐被线性注器件所取代，当前磁控管主要应用于微波加热、干燥、烧结等民用领域[13]。正交场放大器是一种工作在微波频率内的放大器，具有一定的带宽，特点是体积孝重量轻、工作电压低、效率高、相位稳定，阳极表面是一个相位变化的行波场，管子可以在一定频带内工作，主要应用在搜索、定位的雷达系统中，常作为行波管的末前级放大器以提高整体增益[14]。下面可将正交场放大器按照其属性可以分为以下几种类型，如图1-2所示。图1-2正交场放大器的分类
电子科技大学硕士学位论文4在这里详细说一下注入式正交场放大器和分布发射式正交场放大器的区别。注入式正交场放大器的结构上可以分为电子枪区、互作用区和收集极区[15-16]。电子枪区主要是发射电子，具有阴极、成形极和加速阳极结构，在电子枪区没有高频场，电子在阳极电压下加速运动，在与电场垂直的磁场的作用下发生弯曲，形成带状电子注进入互作用区，在慢波结构和阴极间具有直流电场，还有与之垂直的直流磁常在高频场不存在的情况下，电子做轮摆运动。在高频场存在且电子的速度与电磁波速度相同的情况下，位于高频纵向减速场的电子将位能转化为高频场能量，位于加速场的电子向底极漂移。位于末端的收集极是将在互作用区没有打上慢波结构，也没有回轰底极的电子进行收集[17]。注入式正交场放大器的基本结构如图1-3所示。图1-3注入式正交场放大器基本结构分布发射式正交场放大器结构上和磁控管很类似，有一个圆柱形阴极和未闭合的慢波结构作为阳极，另外还有输入和输出端口进行信号的传输。在慢波线的终端和始端有一段光滑的漂移区域，这部分区域使能量在输入和输出端进行有效的隔离，也可以为电子的重入提供路径。电子和高频场的相互作用和能量转换机制，和磁控管是相似的，包括所要求的工作条件和电子效率等特性。分布发射式正交场放大器按行波性质可以分为两大类，即前向波放大器和返波放大器。前向波放大器就是电子的漂移方向与电磁能量传播方向一致，电子与正色散空间谐波进行能量交换，使得输入的信号得以放大一定的倍数。返波放大器即电子的漂移方向与电磁波传播的方向相反从而进行能量转换的器件[18]。分布发射式正交场放大器基本结构如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于空间太阳能电站的大功率正交场微波源分析[J]. 杨金生,冯进军. 空间电子技术. 2018(02)
[2]X波段300 kW正交场放大器设计[J]. 杨金生,周红刚,雷雪峰. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[3]S波段20kW平均功率正交场放大器研究[J]. 杨金生,周红刚,包广建,宋振红. 微波学报. 2017(04)
[4]大平均功率前向波放大管散热分析[J]. 孙涵,杨金生. 真空电子技术. 2016(06)
[5]新控制方式前向波放大管[J]. 包广建,杨金生,王刚,李会成. 真空电子技术. 2011(04)
[6]S波段高增益正交场放大器研究[J]. 李会成,杨金生. 真空电子技术. 2011(03)
[7]真空电子学和微波真空电子器件的发展和技术现状[J]. 丁耀根,刘濮鲲,张兆传,王勇. 微波学报. 2010(S1)
[8]面向对象的粒子模拟CAD建模系统[J]. 周俊,刘大刚,刘盛纲. 电子学报. 2008(03)
[9]大功率微波真空电子学技术进展[J]. 廖复疆. 电子学报. 2006(03)
[10]前向波放大管在雷达系统中新的应用方式[J]. 崔爱国. 真空电子技术. 2002(06)
博士论文
[1]基于超材料的新型辐射源研究[D]. 王彦帅.电子科技大学 2017
[2]电磁粒子模拟方法及其应用研究[D]. 周俊.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]螺旋线行波管注波互作用数值模拟研究[D]. 王鹏.电子科技大学 2018
本文编号：3220894
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
验证将磁控管转换成放大器的第一个器件的结构示意图
低等优点，在阳极表面的高频电场是一个相位固定的驻波场，早期磁控管应用在雷达、医疗、航空航天等领域，但逐渐被线性注器件所取代，当前磁控管主要应用于微波加热、干燥、烧结等民用领域[13]。正交场放大器是一种工作在微波频率内的放大器，具有一定的带宽，特点是体积孝重量轻、工作电压低、效率高、相位稳定，阳极表面是一个相位变化的行波场，管子可以在一定频带内工作，主要应用在搜索、定位的雷达系统中，常作为行波管的末前级放大器以提高整体增益[14]。下面可将正交场放大器按照其属性可以分为以下几种类型，如图1-2所示。图1-2正交场放大器的分类
电子科技大学硕士学位论文4在这里详细说一下注入式正交场放大器和分布发射式正交场放大器的区别。注入式正交场放大器的结构上可以分为电子枪区、互作用区和收集极区[15-16]。电子枪区主要是发射电子，具有阴极、成形极和加速阳极结构，在电子枪区没有高频场，电子在阳极电压下加速运动，在与电场垂直的磁场的作用下发生弯曲，形成带状电子注进入互作用区，在慢波结构和阴极间具有直流电场，还有与之垂直的直流磁常在高频场不存在的情况下，电子做轮摆运动。在高频场存在且电子的速度与电磁波速度相同的情况下，位于高频纵向减速场的电子将位能转化为高频场能量，位于加速场的电子向底极漂移。位于末端的收集极是将在互作用区没有打上慢波结构，也没有回轰底极的电子进行收集[17]。注入式正交场放大器的基本结构如图1-3所示。图1-3注入式正交场放大器基本结构分布发射式正交场放大器结构上和磁控管很类似，有一个圆柱形阴极和未闭合的慢波结构作为阳极，另外还有输入和输出端口进行信号的传输。在慢波线的终端和始端有一段光滑的漂移区域，这部分区域使能量在输入和输出端进行有效的隔离，也可以为电子的重入提供路径。电子和高频场的相互作用和能量转换机制，和磁控管是相似的，包括所要求的工作条件和电子效率等特性。分布发射式正交场放大器按行波性质可以分为两大类，即前向波放大器和返波放大器。前向波放大器就是电子的漂移方向与电磁能量传播方向一致，电子与正色散空间谐波进行能量交换，使得输入的信号得以放大一定的倍数。返波放大器即电子的漂移方向与电磁波传播的方向相反从而进行能量转换的器件[18]。分布发射式正交场放大器基本结构如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于空间太阳能电站的大功率正交场微波源分析[J]. 杨金生,冯进军. 空间电子技术. 2018(02)
[2]X波段300 kW正交场放大器设计[J]. 杨金生,周红刚,雷雪峰. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(05)
[3]S波段20kW平均功率正交场放大器研究[J]. 杨金生,周红刚,包广建,宋振红. 微波学报. 2017(04)
[4]大平均功率前向波放大管散热分析[J]. 孙涵,杨金生. 真空电子技术. 2016(06)
[5]新控制方式前向波放大管[J]. 包广建,杨金生,王刚,李会成. 真空电子技术. 2011(04)
[6]S波段高增益正交场放大器研究[J]. 李会成,杨金生. 真空电子技术. 2011(03)
[7]真空电子学和微波真空电子器件的发展和技术现状[J]. 丁耀根,刘濮鲲,张兆传,王勇. 微波学报. 2010(S1)
[8]面向对象的粒子模拟CAD建模系统[J]. 周俊,刘大刚,刘盛纲. 电子学报. 2008(03)
[9]大功率微波真空电子学技术进展[J]. 廖复疆. 电子学报. 2006(03)
[10]前向波放大管在雷达系统中新的应用方式[J]. 崔爱国. 真空电子技术. 2002(06)
博士论文
[1]基于超材料的新型辐射源研究[D]. 王彦帅.电子科技大学 2017
[2]电磁粒子模拟方法及其应用研究[D]. 周俊.电子科技大学 2009
硕士论文
[1]螺旋线行波管注波互作用数值模拟研究[D]. 王鹏.电子科技大学 2018
本文编号：3220894
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