宽带螺旋线行波管输能系统及收集极研究
发布时间：2021-10-27 06:28
高效率宽带毫米波行波管是一类重要的真空电子器件,可广泛应用于高性能雷达、通讯等领域。为了提高传输效率和整管效率,输能系统和收集极系统的研究和设计是两个关键的研究内容;针对该类器件,本文分别开展了Ka波段宽带螺旋线行波管输能结构和收集极以及6-18GHz螺旋线行波管收集极的理论和实验研究,取得了如下的工作进展:1.为已设计完成的Ka波段螺旋线行波管慢波结构设计了同轴输能结构,通过理论设计与仿真模拟的结合,设计并优化使其在26.5-40GHz的频段内反射系数小于-15dB,驻波系数小于1.3,满足通带的传输要求。2.对设计好的输能结构与慢波结构进行冷测实验,实验的结果显示驻波系数在2.1以下,并对加工与装配的过程中遇到的各种问题进行了分析与解决,之后对本次实验进行了误差分析,为下一次实验做准备。3.为了提高行波管整管效率,对收集极进行了研究。从互作用结束后的电子状态出发,分析其运动与能量情况,为收集极入口设计与电压设置提供了参考,在大信号仿真软件ORION的帮助下,建立二维仿真模型,并模拟了一个四级降压收集极,收集极效率达87.9%。4.对6-18GHz频段的行波管四级降压收集极进行小型化...
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固态器件与真空器件的竞争关系[6]
的增加而成比例的快速上升，随着输入功率增加到一定点后，输出功率反而开始下降。这是因为当群聚电子注不断的进行能量交换，电子注的速度逐渐下降，当电磁波的相速大于电子注的速度时，群聚电子注会慢慢进入加速场，反而从电磁场中吸收能量从而导致输出功率下降。一般通过相速跳变或相速渐变法来应对这种情况，使得电子注与电磁波相速再同步。互作用完成后，能量得到放大的电磁波从输出耦合结构输出，互作用结束后的电子进入到收集极，通过收集极的降压收集，将剩余能量回收至电源系统循环利用[8-9]。行波管的具体结构如图1-2所示[10]：图1-2行波管的组成结构
电子科技大学硕士学位论文10在实际设计中螺旋线行波管特性阻抗通常要比标准同轴接头大得多，要经过阻抗变换段的作用将螺旋线的阻抗与标准同轴线的阻抗相匹配。通常采用的阻抗匹配方式有单节阻抗变换法、多节阻抗变换法和阻抗渐变法[7]。(1)单节阻抗变换法单节变换中使用的最广泛也最简单的当属四分之一波长阻抗变换器，结构示意图如图2-1所示。设其输入端阻抗大小为0，需要与阻抗大小为2的输出端完成阻抗匹配，只需要在输入端与输出端之间接入一段长度为4的传输线，该传输线的阻抗1=√02，阻抗匹配便能完成。不过因4的长度只是对应于单个特定的频点上，并不能满足通带的传输要求，如果工作频段为一段频带内，那么在此频点外的频段匹配效果就会变差，因此该方法所获得的匹配频段较窄。图2-14阻抗变换段示意图(2)多节阻抗变换法图2-2是一个N节阻抗变换段，在结构上可以看成是N个单节阻抗变换器耦合而成，其中每个单节变换器的长度都可以由中心频点的4计算得到。分别以0，1，2,…,代表每一节传输线的阻抗。当研究对象为同轴线时，若是想要使每段得到不同的阻抗，只需要改变同轴线的内外径。由于多节阻抗变换就是相当于多个单节阻抗变换器相连，能够实现全匹配的频点也变多，所以它在工作频率范围上得到了拓展，克服了单节阻抗变换器带宽窄的缺陷。在多节阻抗变换器里，科学的改变每一节传输线的阻抗亦或是反射系数，将能够在N个工作频点上实现良好的匹配，继而把该结构的工作频带拓宽。图2-2多节阻抗变换段示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种行波管高效率输能匹配结构的场分析[J]. 李联炳,曹林林,陈之亮,李延威,易红霞,李飞,尚新文,肖刘. 真空电子技术. 2020(01)
[2]利用微加工工艺提高空间行波管收集极效率[J]. 白春江,崔万照,叶鸣,贺永宁. 中国空间科学技术. 2017(02)
[3]高效率双频段Ka/Q毫米波行波管螺旋慢波系统的研究[J]. 王小宁,苏小保,肖刘. 真空科学与技术学报. 2016(11)
[4]螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟[J]. 姚若妍,唐涛,赵国庆,黄民智,宫玉彬. 强激光与粒子束. 2014(06)
[5]高效率偏心多级降压收集极的研究[J]. 何俊,黄明光,李现霞,李海强,赵磊. 微波学报. 2014(S1)
[6]行波管非对称收集极的研究[J]. 张强,王严梅,寇建勇. 真空电子技术. 2014(01)
[7]Ka波段30W空间行波管[J]. 李力,冯进军,瞿波. 真空电子技术. 2011(04)
[8]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[9]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)
[10]多级降压收集极优化设计[J]. 冯西贤,李实. 科学技术与工程. 2010(10)
博士论文
[1]行波管电子光学系统CAD技术研究[D]. 廖平.电子科技大学 2004
硕士论文
[1]应用于MPM的X波段小型化行波管的研究[D]. 崔灿.电子科技大学 2019
[2]毫米波行波管输入输出系统的设计研究[D]. 曾爽.电子科技大学 2016
[3]毫米波双频段空间行波管高频特性研究[D]. 吴钢雄.电子科技大学 2016
[4]高性能收集极优化设计研究[D]. 李贺伟.电子科技大学 2016
[5]Ku波段行波管降压收集极的研制[D]. 陈燕.电子科技大学 2012
[6]多级降压收集极的模拟与实验研究[D]. 刘明辉.电子科技大学 2012
[7]小型化行波管电子光学系统与降压收集极设计方法的研究[D]. 杨赤如.电子科技大学 2007
[8]螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构研究[D]. 于兵芳.电子科技大学 2007
[9]行波管多级降压收集极CAD技术研究[D]. 高迅鸿.电子科技大学 2004
本文编号：3461055
【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】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固态器件与真空器件的竞争关系[6]
的增加而成比例的快速上升，随着输入功率增加到一定点后，输出功率反而开始下降。这是因为当群聚电子注不断的进行能量交换，电子注的速度逐渐下降，当电磁波的相速大于电子注的速度时，群聚电子注会慢慢进入加速场，反而从电磁场中吸收能量从而导致输出功率下降。一般通过相速跳变或相速渐变法来应对这种情况，使得电子注与电磁波相速再同步。互作用完成后，能量得到放大的电磁波从输出耦合结构输出，互作用结束后的电子进入到收集极，通过收集极的降压收集，将剩余能量回收至电源系统循环利用[8-9]。行波管的具体结构如图1-2所示[10]：图1-2行波管的组成结构
电子科技大学硕士学位论文10在实际设计中螺旋线行波管特性阻抗通常要比标准同轴接头大得多，要经过阻抗变换段的作用将螺旋线的阻抗与标准同轴线的阻抗相匹配。通常采用的阻抗匹配方式有单节阻抗变换法、多节阻抗变换法和阻抗渐变法[7]。(1)单节阻抗变换法单节变换中使用的最广泛也最简单的当属四分之一波长阻抗变换器，结构示意图如图2-1所示。设其输入端阻抗大小为0，需要与阻抗大小为2的输出端完成阻抗匹配，只需要在输入端与输出端之间接入一段长度为4的传输线，该传输线的阻抗1=√02，阻抗匹配便能完成。不过因4的长度只是对应于单个特定的频点上，并不能满足通带的传输要求，如果工作频段为一段频带内，那么在此频点外的频段匹配效果就会变差，因此该方法所获得的匹配频段较窄。图2-14阻抗变换段示意图(2)多节阻抗变换法图2-2是一个N节阻抗变换段，在结构上可以看成是N个单节阻抗变换器耦合而成，其中每个单节变换器的长度都可以由中心频点的4计算得到。分别以0，1，2,…,代表每一节传输线的阻抗。当研究对象为同轴线时，若是想要使每段得到不同的阻抗，只需要改变同轴线的内外径。由于多节阻抗变换就是相当于多个单节阻抗变换器相连，能够实现全匹配的频点也变多，所以它在工作频率范围上得到了拓展，克服了单节阻抗变换器带宽窄的缺陷。在多节阻抗变换器里，科学的改变每一节传输线的阻抗亦或是反射系数，将能够在N个工作频点上实现良好的匹配，继而把该结构的工作频带拓宽。图2-2多节阻抗变换段示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种行波管高效率输能匹配结构的场分析[J]. 李联炳,曹林林,陈之亮,李延威,易红霞,李飞,尚新文,肖刘. 真空电子技术. 2020(01)
[2]利用微加工工艺提高空间行波管收集极效率[J]. 白春江,崔万照,叶鸣,贺永宁. 中国空间科学技术. 2017(02)
[3]高效率双频段Ka/Q毫米波行波管螺旋慢波系统的研究[J]. 王小宁,苏小保,肖刘. 真空科学与技术学报. 2016(11)
[4]螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟[J]. 姚若妍,唐涛,赵国庆,黄民智,宫玉彬. 强激光与粒子束. 2014(06)
[5]高效率偏心多级降压收集极的研究[J]. 何俊,黄明光,李现霞,李海强,赵磊. 微波学报. 2014(S1)
[6]行波管非对称收集极的研究[J]. 张强,王严梅,寇建勇. 真空电子技术. 2014(01)
[7]Ka波段30W空间行波管[J]. 李力,冯进军,瞿波. 真空电子技术. 2011(04)
[8]不断发展中的行波管技术[J]. 刘军华. 真空电子技术. 2010(04)
[9]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)
[10]多级降压收集极优化设计[J]. 冯西贤,李实. 科学技术与工程. 2010(10)
博士论文
[1]行波管电子光学系统CAD技术研究[D]. 廖平.电子科技大学 2004
硕士论文
[1]应用于MPM的X波段小型化行波管的研究[D]. 崔灿.电子科技大学 2019
[2]毫米波行波管输入输出系统的设计研究[D]. 曾爽.电子科技大学 2016
[3]毫米波双频段空间行波管高频特性研究[D]. 吴钢雄.电子科技大学 2016
[4]高性能收集极优化设计研究[D]. 李贺伟.电子科技大学 2016
[5]Ku波段行波管降压收集极的研制[D]. 陈燕.电子科技大学 2012
[6]多级降压收集极的模拟与实验研究[D]. 刘明辉.电子科技大学 2012
[7]小型化行波管电子光学系统与降压收集极设计方法的研究[D]. 杨赤如.电子科技大学 2007
[8]螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构研究[D]. 于兵芳.电子科技大学 2007
[9]行波管多级降压收集极CAD技术研究[D]. 高迅鸿.电子科技大学 2004
本文编号：3461055
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