Ka波段大功率折叠波导行波管研究
发布时间：2021-07-15 11:29
由于行波管把大功率和宽频带很好兼顾的特点在众多微波电真空器件中具有不可替代的地位。行波管从20世纪40年代被研制出来发展到现在已经能给出连续波千瓦级和脉冲兆瓦级的功率,它广泛应用于民用通讯卫星,医疗诊断和国防军事电子等众多领域。随着应用领域的不断扩展和应用环境的要求,大功率行波管成为了研究热点。本文主要研究了Ka波段大功率行波管,慢波结构分别采用了常规结构和过截止两种不同的设计方式,同时还设计了慢波结构匹配良好的传输系统。目标是在33-37GHz的频带内产生大于5kW的功率输出为以后更大输出功率的行波管提供理论基础和技术支撑。另外本文还针对影响行波管性能的离子噪声,开展离子噪声影响因素及抑制方法研究。本文的主要研究内容有:1、对慢波结构的高频特性理论进行了详细介绍,对慢波结构不同的尺寸参数对其色散特性和耦合阻抗的影响进行了细致分析,为确定慢波结构具体的尺寸参数提供了理论依据。2、利用FWGTWT软件进行注波互作用软件计算,得到在电压24750V,电流2.5A的工作条件下,在33-37GHz工作频段内整体输出功率大于5kW,频带内整体电子效率大于10%,增益大于37dB。最后利用CST软...
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行波管示意图
第二章折叠波导行波管慢波结构理论72.4折叠波导慢波结构描述图2-1为折叠波导慢波结构的三维结构图，图中长条圆柱表示的是电子注通道，图中周期性蜿蜒曲折部分表示的是高频信号传输路径。其中波导宽边长度用参数a表示、波导窄边长度用参数b表示、直波导长度用参数s表示、轴向周期长度用参数p表示、电子注通道半径用参数r表示。由于设计中色散平坦度和耦合阻抗是一对相互矛盾的参数，设计目标对带宽的要求又较高，因此为保证频带内色散较为平坦且耦合阻抗也较高，因此要选取合适的慢波结构的参数才能达到设计要求。图2-1折叠波导慢波结构的三维结构图2.5高频特性分析行波管的工作频率及带宽、工作电压、电子效率、增益和等关键性技术指标被慢波结构的高频特性决定。慢波结构设计的好坏几乎决定了行波管能否达到设计要求因此在慢波结构设计中要选取合适的参数尺寸。进而研究了解慢波结构中不同的参数尺寸对色散特性和耦合阻抗的影响是十分必要的。在本节中通过控制变量法，每次保证慢波结构其他参数不变的前提下，只改变慢波结构其中一种参数并重复进行，对比分析得到其对色散特性和耦合阻抗的影响，从而为得到满足设计目标的结构参数提供参考依据。（1）波导宽边长度a变化对慢波结构高频特性的影响采用控制变量法每次只控制波导宽边长度a改变的情况下，重复三次通过HFSS计算画图得到慢波结构的色散曲线对比图和耦合阻抗曲线对比图。
电子科技大学硕士学位论文8图2-2波导宽边长度a变化时色散曲线对比图图2-3波导宽边长度a变化时耦合阻抗曲线对比图图2-2色散曲线可以看出，同样当波导宽边长度a增大时，保持横坐标不变在同一频点处纵坐标归一化相速的数值减小，同一频点处色散曲线的斜率变小曲线形状变得平坦，但是在归一化相速数值大小在低频段的变化程度明显大于高频段。同样从图2-3可以看出，当波导宽边长度a增大时，保持横坐标不变在同一频点处，观察到纵坐标同一频点对应的耦合阻抗数值减小，同一频点处耦合阻抗的斜率变小，曲线形状变得平坦，耦合阻抗在低频段的变化程度明显大于高频段，整体工作频率向高频移动；通过上面的分析可以看出波导宽边长度a对高频特性影响程度很大，是需要重点关注的参数，因此要选取合适的参数十分重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[2]毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计[J]. 唐涛,巩华荣,宫玉彬,王文祥. 强激光与粒子束. 2010(05)
[3]W波段行波管发展评述[J]. 冯进军,胡银富,蔡军,邬显平,唐烨. 真空电子技术. 2010(02)
[4]微波管用衰减材料的研究[J]. 石明,鲁燕萍,刘征,高陇桥. 真空电子技术. 2007(03)
[5]大功率微波真空电子学技术进展[J]. 廖复疆. 电子学报. 2006(03)
[6]毫米波雷达的应用和发展[J]. 石星. 电讯技术. 2006(01)
[7]毫米波技术及应用进展[J]. 甘体国. 电讯技术. 1993(05)
博士论文
[1]毫米波新型曲折波导行波管的研究[D]. 何俊.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]微波输能窗理论与设计[D]. 张刚.电子科技大学 2015
[2]我军武器装备信息化的战略研究[D]. 刘华.国防科学技术大学 2004
本文编号：3285619
【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】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
行波管示意图
第二章折叠波导行波管慢波结构理论72.4折叠波导慢波结构描述图2-1为折叠波导慢波结构的三维结构图，图中长条圆柱表示的是电子注通道，图中周期性蜿蜒曲折部分表示的是高频信号传输路径。其中波导宽边长度用参数a表示、波导窄边长度用参数b表示、直波导长度用参数s表示、轴向周期长度用参数p表示、电子注通道半径用参数r表示。由于设计中色散平坦度和耦合阻抗是一对相互矛盾的参数，设计目标对带宽的要求又较高，因此为保证频带内色散较为平坦且耦合阻抗也较高，因此要选取合适的慢波结构的参数才能达到设计要求。图2-1折叠波导慢波结构的三维结构图2.5高频特性分析行波管的工作频率及带宽、工作电压、电子效率、增益和等关键性技术指标被慢波结构的高频特性决定。慢波结构设计的好坏几乎决定了行波管能否达到设计要求因此在慢波结构设计中要选取合适的参数尺寸。进而研究了解慢波结构中不同的参数尺寸对色散特性和耦合阻抗的影响是十分必要的。在本节中通过控制变量法，每次保证慢波结构其他参数不变的前提下，只改变慢波结构其中一种参数并重复进行，对比分析得到其对色散特性和耦合阻抗的影响，从而为得到满足设计目标的结构参数提供参考依据。（1）波导宽边长度a变化对慢波结构高频特性的影响采用控制变量法每次只控制波导宽边长度a改变的情况下，重复三次通过HFSS计算画图得到慢波结构的色散曲线对比图和耦合阻抗曲线对比图。
电子科技大学硕士学位论文8图2-2波导宽边长度a变化时色散曲线对比图图2-3波导宽边长度a变化时耦合阻抗曲线对比图图2-2色散曲线可以看出，同样当波导宽边长度a增大时，保持横坐标不变在同一频点处纵坐标归一化相速的数值减小，同一频点处色散曲线的斜率变小曲线形状变得平坦，但是在归一化相速数值大小在低频段的变化程度明显大于高频段。同样从图2-3可以看出，当波导宽边长度a增大时，保持横坐标不变在同一频点处，观察到纵坐标同一频点对应的耦合阻抗数值减小，同一频点处耦合阻抗的斜率变小，曲线形状变得平坦，耦合阻抗在低频段的变化程度明显大于高频段，整体工作频率向高频移动；通过上面的分析可以看出波导宽边长度a对高频特性影响程度很大，是需要重点关注的参数，因此要选取合适的参数十分重要。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[2]毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计[J]. 唐涛,巩华荣,宫玉彬,王文祥. 强激光与粒子束. 2010(05)
[3]W波段行波管发展评述[J]. 冯进军,胡银富,蔡军,邬显平,唐烨. 真空电子技术. 2010(02)
[4]微波管用衰减材料的研究[J]. 石明,鲁燕萍,刘征,高陇桥. 真空电子技术. 2007(03)
[5]大功率微波真空电子学技术进展[J]. 廖复疆. 电子学报. 2006(03)
[6]毫米波雷达的应用和发展[J]. 石星. 电讯技术. 2006(01)
[7]毫米波技术及应用进展[J]. 甘体国. 电讯技术. 1993(05)
博士论文
[1]毫米波新型曲折波导行波管的研究[D]. 何俊.电子科技大学 2010
硕士论文
[1]微波输能窗理论与设计[D]. 张刚.电子科技大学 2015
[2]我军武器装备信息化的战略研究[D]. 刘华.国防科学技术大学 2004
本文编号：3285619
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