短毫米波曲折波导行波管的研究

发布时间：2017-06-28 00:08

  本文关键词：短毫米波曲折波导行波管的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：短毫米波在高速数据传输、新型电子材料光谱、空间研究、医学、生物学、监控和遥感等领域有着巨大的应用潜力。近年来,毫米波频段的高功率微波源在上述领域中的应用极具吸引力。行波管具有高输出功率、高电子效率和高工作增益的特性,是短毫米波频段运用得最为广泛的真空电子器件之一。作为全金属结构,曲折波导具有坚固的结构和良好的热稳定性,这使得曲折波导在短毫米波频段具有制造成本低、机械强度高、功率容量高和频带宽的特点。此外,曲折波导的输入输出电路结构简单,采用微细加工技术制造的曲折波导行波管非常适合运用于短毫米波频段,因此本文主要研究短毫米波段的曲折波导行波管。本论文的主要工作包括以下四点:1、设计了具有大孔径电子注通道的140GHz曲折波导行波管,通过计算机软件对慢波结构的高频特性进行了分析,设计了行波管的传输系统,包括盒型窗、双曲圆弧渐变波导、截断衰减器,还设计了行波管的周期永磁聚焦系统。利用非线性软件计算了行波管的注-波互作用,最终设计的行波管在中心频率处具有85W的功率输出和42dB的增益。2、对设计的140GHz曲折波导行波管进行了实验测试,盒型窗结构在中心频率140GHz处的驻波系数小于1.1,整管在中心频率140GHz处,驻波系数为1.8。最终测得行波管在137GHz-144GHz频率范围内增益均在20dB之上,在中心频点140GHz处,饱和输出增益达到25dB。3、设计了220GHz曲折波导行波管,利用计算机软件设计了行波管的高频结构、盒型窗、双曲圆弧渐变波导、截断衰减器、电子枪和周期永磁聚焦系统。通过非线性软件计算行波管的输出功率在220GHz处达到61.74W,增益达到26.9dB。4、为降低行波管的工作电压,调研了非周期的角度对数曲折波导结构,通过新的方法计算其高频特性,为低电压行波管的研究提供了思路。
【关键词】：短毫米波器件 全金属慢波结构 曲折波导行波管 对数螺旋结构
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 短毫米波段真空器件的应用及发展概况11-12
• 1.1.1 短毫米波技术概况及应用11
• 1.1.2 短毫米波真空电子器件的研究概况11-12
• 1.2 短毫米波段曲折波导行波管的研究现状12-16
• 1.2.1 短毫米波行波管技术的概况12-13
• 1.2.2 短毫米波曲折波导国外研究现状13-15
• 1.2.3 短毫米波曲折波导国内研究现状15-16
• 1.3 本论文的主要工作和结构安排16-18
• 1.3.1 本论文的主要工作16-17
• 1.3.2 本论文的结构安排17-18
• 第二章 140GHz曲折波导行波管的设计18-45
• 2.1 高频系统的设计18-31
• 2.1.1 曲折波导慢波结构的介绍和相关理论18-22
• 2.1.1.1 曲折波导慢波结构的介绍18
• 2.1.1.2 色散特性18-19
• 2.1.1.3 耦合阻抗19
• 2.1.1.4 弗洛奎定理19-20
• 2.1.1.5 空间谐波20
• 2.1.1.6 曲折波导慢波结构高频特性的理论分析20-22
• 2.1.2 140GHz曲折波导慢波结构各尺寸对高频特性的影响22-28
• 2.1.2.1 计算机仿真方法22
• 2.1.2.2 慢波结构各尺寸对归一化相速度的影响22-28
• 2.1.3 有限电导率对高频特性及导体损耗的影响28-30
• 2.1.4 曲折波导慢波结构尺寸的选定30-31
• 2.2 传输系统的设计31-38
• 2.2.1 输入输出窗的设计31-33
• 2.2.2 慢波结构输入输出阻抗变换器的设计33-35
• 2.2.3 截断衰减器的设计35-37
• 2.2.4 曲折波导行波管高频系统传输特性的计算37-38
• 2.3 注-波互作用的设计38-41
• 2.4 聚焦磁场的设计41-43
• 2.5 本章小结43-45
• 第三章 140GHz曲折波导行波管的实验研究45-55
• 3.1 行波管相关组件的加工与装配45-48
• 3.2 传输特性的测试48-50
• 3.3 电子光学系统的调试50-51
• 3.4 行波管的热测51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 220GHz曲折波导行波管的设计55-66
• 4.1 高频结构的设计55-56
• 4.2 传输系统的设计56-60
• 4.2.1 输入输出窗的设计56-57
• 4.2.2 行波管输入输出阻抗变换器的设计57-58
• 4.2.3 截断衰减器的设计58-60
• 4.2.4 高频结构的传输特性60
• 4.3 注-波互作用的设计60-61
• 4.4 电子光学系统的设计61-64
• 4.4.1 电子枪的设计61-63
• 4.4.2 聚焦系统的设计63-64
• 4.5 实验加工准备64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 角度对数曲折波导慢波结构的研究66-76
• 5.1 角度对数曲折波导的介绍67-68
• 5.2 角度对数曲折波导的理论分析68-69
• 5.3 非周期慢波结构高频特性的计算方法69-74
• 5.3.1 角度对数曲折波导慢波结构色散特性的计算69-72
• 5.3.2 角度对数曲折波导慢波结构耦合阻抗的计算72-74
• 5.4 角度对数曲折波导高频特性分析74-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 总结和展望76-78
• 6.1 论文总结76
• 6.2 后续展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间取得的成果82-83

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