毫米波新型高频系统电磁特性分析与实验研究
发布时间：2022-02-15 01:56
毫米波、太赫兹科学技术因其在通信、生物、医疗等诸多领域有着广泛且重要的应用价值,已成为电子科学领域的研究重点。而真空电子器件则是产生毫米波、太赫兹波的重要大功率辐射源。随着工作频率的提高,受尺寸共度效应等限制,高频结构尺寸变小,面临加工难度变大和传输损耗增高等难题;为了解决这些问题,诸多新型高频系统被提出,为预先估计高频结构对整管特性的影响,有必要对高频结构的电磁特性进行理论分析和实际测量,本文着重研究了正弦型行波管和扩展互作用速调管（EIK）这两种新型毫米波器件的高频特性,主要工作和成果如下:1,本文从微扰理论出发,推导出了适用于正弦型行波管高频系统特性的相关测量公式,提出了相应的实验测量方法,并在仿真软件中进行模拟实验,得到了色散特性与耦合阻抗值,对所推导的测量公式进行了验证。2,通过仿真软件设计了基于梯形结构的G波段扩展互作用速调管高频结构,模拟结果表明所设计EIK的中心频率约为216.5GHz,在工作电压18kV,工作电流0.228A,输入信号40mW的条件下,最高输出功率可达115W,增益34.6dB,电子效率2.8%;在输出功率大于100W的情况下有大于200MHz的带宽,...
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简易电磁频谱划分图[1]
ㄐ滦驼婵盏缱悠骷?攀?目前工作在毫米波及太赫兹频段的大功率真空电子源主要包括：行波管，返波管，回旋管，磁控管，扩展互作用速调管(EIK)等[11-20]。在这些毫米波器件中，行波管因其宽带宽、抗干扰性好、工作稳定的特点，有非常广泛的应用，主要在军事设施，航天装备，通信站点等地方发挥其独特的作用。而扩展互作用速调管(EIK)则具有高功率和高频率的特点，适合于对增益和输出功率有较高要求的场合[21]。1.2.1正弦型行波管概述行波管(TWT)具有很宽的带宽，较大的功率增益和低噪声的特点，是一种高效的微波辐射源器件，图1-2为典型行波管的结构示意图。图1-2典型行波管结构示意图[2]从图中我们可以看出行波管的结构主要包含以下几个部分，分别是电子枪、慢波结构、磁聚焦系统、输入输出结构和收集极。行波管的工作原理也可以从这几个
重要场所，对其结构的创新和探索显得尤为重要。美国加州大学在HIFIVE计划中，将一种矩形栅结构行波管进行改进，提出了半周期交错双栅的慢波结构。这种结构将原先矩形栅结构行波管的带宽拓宽了很多，输出功率也有所提高，但是半周期交错双栅结构需要配合设计较为复杂的输入结构和输出结构，以降低反射。常规的慢波结构(如折叠波导等)，在发展到高频段的时候，由于尺寸共度效应等限制，高频结构尺寸变小，引起加工难度变大和传输损耗增高等难题。为了解决这些问题，2010年电子科技大学提出了一种新型正弦波导慢波结构[21]，如图1-3所示。图1-3正弦行波管结构正弦型行波管结合了另外两种慢波结构的优点，一种是折叠波导较低的反射，另一种是半周期交错双栅较宽的带宽和天然的电子注通道。为了减小反射，相较于反射较大的交错双栅，正弦波导可看作是将交错双栅的矩形膜片和波导壁结合成渐变的整体，电磁波通道较为均匀，这样一来可以在一定程度上减小反射[22]。对于通道渐变的曲线，可以选择简洁的正弦曲线，这也是正弦波导的名称由来。另外，
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波与太赫兹技术[J]. 洪伟,余超,陈继新,郝张成. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]螺旋线慢波结构冷特性自动测量系统[J]. 梁友焕,李镇远,冯进军. 真空电子技术. 2010(02)
[3]固态微波器件与电路的新进展[J]. 赵正平. 中国电子科学研究院学报. 2007(04)
[4]W波段折叠波导慢波结构设计及三维注波互作用模拟[J]. 蔡军,冯进军,廖复疆,黄明光,邬显平. 电子学报. 2006(S1)
[5]带状束矩形栅毫米波行波管的研究[J]. 宫玉彬,路志刚,王冠军,魏彦玉,黄民智,王文祥. 红外与毫米波学报. 2006(03)
[6]微型真空电子器件技术研究[J]. 冯进军,廖复疆,朱敏,闫铁昌. 真空电子技术. 2005(06)
[7]行波管夹持杆微波参数的快速自动测量[J]. 李恩,郭高凤,张其劭. 仪器仪表学报. 2002(S1)
[8]大功率行波管新型慢波线技术的进展[J]. 王文祥,宫玉彬,魏彦玉,余国芬,赵国庆. 真空电子技术. 2002(06)
[9]大功率速调管的技术现状和发展趋势[J]. 丁耀根. 真空电子技术. 1995(02)
[10]电子战的新领域——毫米波电子对抗[J]. 龚金楦. 电波科学学报. 1991(Z1)
博士论文
[1]新型正弦波导太赫兹慢波结构和器件的研究[D]. 张鲁奇.电子科技大学 2017
[2]无人飞行器自主检测与避障技术研究[D]. 朱立华.东南大学 2016
[3]正弦波导及其应用的研究[D]. 许雄.电子科技大学 2012
[4]超高速毫米波无线传感通信系统[D]. 简伟.北京邮电大学 2011
[5]毫米波阵列天线技术及其在小型雷达前端中的应用[D]. 崔斌.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
[6]数字化技术在毫米波高分辨雷达中的应用研究[D]. 孙长贵.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]行波管螺旋线冷参数自动测试系统的研究[D]. 韩佳乐.电子科技大学 2012
[2]基于LTCC的超宽带毫米波收发前端[D]. 沈大立.电子科技大学 2010
本文编号：3625680
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简易电磁频谱划分图[1]
ㄐ滦驼婵盏缱悠骷?攀?目前工作在毫米波及太赫兹频段的大功率真空电子源主要包括：行波管，返波管，回旋管，磁控管，扩展互作用速调管(EIK)等[11-20]。在这些毫米波器件中，行波管因其宽带宽、抗干扰性好、工作稳定的特点，有非常广泛的应用，主要在军事设施，航天装备，通信站点等地方发挥其独特的作用。而扩展互作用速调管(EIK)则具有高功率和高频率的特点，适合于对增益和输出功率有较高要求的场合[21]。1.2.1正弦型行波管概述行波管(TWT)具有很宽的带宽，较大的功率增益和低噪声的特点，是一种高效的微波辐射源器件，图1-2为典型行波管的结构示意图。图1-2典型行波管结构示意图[2]从图中我们可以看出行波管的结构主要包含以下几个部分，分别是电子枪、慢波结构、磁聚焦系统、输入输出结构和收集极。行波管的工作原理也可以从这几个
重要场所，对其结构的创新和探索显得尤为重要。美国加州大学在HIFIVE计划中，将一种矩形栅结构行波管进行改进，提出了半周期交错双栅的慢波结构。这种结构将原先矩形栅结构行波管的带宽拓宽了很多，输出功率也有所提高，但是半周期交错双栅结构需要配合设计较为复杂的输入结构和输出结构，以降低反射。常规的慢波结构(如折叠波导等)，在发展到高频段的时候，由于尺寸共度效应等限制，高频结构尺寸变小，引起加工难度变大和传输损耗增高等难题。为了解决这些问题，2010年电子科技大学提出了一种新型正弦波导慢波结构[21]，如图1-3所示。图1-3正弦行波管结构正弦型行波管结合了另外两种慢波结构的优点，一种是折叠波导较低的反射，另一种是半周期交错双栅较宽的带宽和天然的电子注通道。为了减小反射，相较于反射较大的交错双栅，正弦波导可看作是将交错双栅的矩形膜片和波导壁结合成渐变的整体，电磁波通道较为均匀，这样一来可以在一定程度上减小反射[22]。对于通道渐变的曲线，可以选择简洁的正弦曲线，这也是正弦波导的名称由来。另外，
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波与太赫兹技术[J]. 洪伟,余超,陈继新,郝张成. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]螺旋线慢波结构冷特性自动测量系统[J]. 梁友焕,李镇远,冯进军. 真空电子技术. 2010(02)
[3]固态微波器件与电路的新进展[J]. 赵正平. 中国电子科学研究院学报. 2007(04)
[4]W波段折叠波导慢波结构设计及三维注波互作用模拟[J]. 蔡军,冯进军,廖复疆,黄明光,邬显平. 电子学报. 2006(S1)
[5]带状束矩形栅毫米波行波管的研究[J]. 宫玉彬,路志刚,王冠军,魏彦玉,黄民智,王文祥. 红外与毫米波学报. 2006(03)
[6]微型真空电子器件技术研究[J]. 冯进军,廖复疆,朱敏,闫铁昌. 真空电子技术. 2005(06)
[7]行波管夹持杆微波参数的快速自动测量[J]. 李恩,郭高凤,张其劭. 仪器仪表学报. 2002(S1)
[8]大功率行波管新型慢波线技术的进展[J]. 王文祥,宫玉彬,魏彦玉,余国芬,赵国庆. 真空电子技术. 2002(06)
[9]大功率速调管的技术现状和发展趋势[J]. 丁耀根. 真空电子技术. 1995(02)
[10]电子战的新领域——毫米波电子对抗[J]. 龚金楦. 电波科学学报. 1991(Z1)
博士论文
[1]新型正弦波导太赫兹慢波结构和器件的研究[D]. 张鲁奇.电子科技大学 2017
[2]无人飞行器自主检测与避障技术研究[D]. 朱立华.东南大学 2016
[3]正弦波导及其应用的研究[D]. 许雄.电子科技大学 2012
[4]超高速毫米波无线传感通信系统[D]. 简伟.北京邮电大学 2011
[5]毫米波阵列天线技术及其在小型雷达前端中的应用[D]. 崔斌.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
[6]数字化技术在毫米波高分辨雷达中的应用研究[D]. 孙长贵.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]行波管螺旋线冷参数自动测试系统的研究[D]. 韩佳乐.电子科技大学 2012
[2]基于LTCC的超宽带毫米波收发前端[D]. 沈大立.电子科技大学 2010
本文编号：3625680
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3625680.html
