2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管的设计

发布时间：2017-08-10 00:04

  本文关键词：2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管的设计

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【摘要】：行波管(TWT)频带很宽,是在电子战、雷达、通信系统中应用十分广泛的一类微波真空电子器件。其中螺旋线行波管是在中小功率领域最为普遍的一类行波管。为了应对固态器件体积小、重量轻、可靠性强的挑战和满足微波功率模块(MPM)的发展要求,行波管需要越来越小型化。同时,现代军事和通信系统要求覆盖更多的频率,因此需要拓展行波管带宽。小型化和宽带化成为行波管研制的两大方向。本论文仿真设计了一支工作在2-6GHz的小型化宽带螺旋线行波管,主要完成的工作如下:1.阐述了小型化宽带螺旋线行波管的一些关键技术,包括用于小型化和宽带化的色散成型技术、返波振荡抑制技术、衰减和切断技术、螺距跳变技术、降压收集极技术等。2.利用三维电磁仿真软件HFSS软件设计了2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管的慢波结构。基于小型化宽带螺旋线行波管色散成型技术,该结构采用T型夹持杆和扇形翼片加载。重点研究了螺旋线与管壳之间的距离、金属翼片和介质夹持杆的尺寸参数对螺旋线慢波结构高频特性的影响,并优化这些参数,得到满足小型化宽带螺旋线慢波结构要求的低的、弱的反常色散曲线,以及较高的耦合阻抗和较低的损耗特性。为了抑制返波振荡,还分析了所设计的慢波结构的返波振荡频率点,得出该慢波结构返波振荡频点的耦合阻抗很小,不会发生返波振荡。3.利用二维大信号程序ORION计算并优化2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管注-波互作用过程。具体采用了一个切断,并在切断两端附近设置渐变衰减器以抑制反射振荡。在此基础上分别设计了均匀螺距、螺距负跳变、螺距正跳变、螺距负正跳变慢波电路,对比四种螺距设置,螺距负正跳变效果最好,在工作电压为4900V,工作电流550mA情况下,将互作用长度从通常的340mm缩短至200mm,在全频带范围内饱和输出功率达到了600W以上,饱和增益为30dB以上,电子效率为22%以上,二次谐波比小于-6dB。4.利用二维大信号程序ORION仿真设计了2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管三级降压收集极,以提高行波管总效率。在设计过程中,分别采取了三种方法对各级电极电压进行了优化,并对二次电子发射系数优化,实现了在2-6GHz频段收集极效率达到80%以上,总效率大于65%,达到了小型化行波管对效率的要求。
【关键词】：小型化宽带螺旋线行波管 慢波结构 注波互作用 收集极
【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
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 微波真空电子器件10-12
• 1.1.1 现代微波真空电子器件的应用10-11
• 1.1.2 微波真空电子器件的分类11-12
• 1.2 螺旋线行波管概述12-17
• 1.2.1 引言12-13
• 1.2.2 螺旋线行波管早期发展历史13
• 1.2.3 螺旋线行波管的工作原理13-15
• 1.2.4 螺旋线慢波结构的高频特性15-16
• 1.2.5 螺旋线行波管输出参量16-17
• 1.3 小型化宽带行波管的发展状况及重难点问题17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 第二章 小型化宽带螺旋线行波管的关键技术20-30
• 2.1 色散成型20-21
• 2.2 返波振荡及其抑制21-23
• 2.3 衰减和切断23
• 2.4 螺距跳变技术23-25
• 2.5 降压收集极25-29
• 2.5.1 单级降压收集极回收能量25-27
• 2.5.2 多级降压收集极27-28
• 2.5.3 收集极效率28-29
• 2.5.4 电子回流29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管慢波结构设计30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 慢波结构仿真方法30-32
• 3.2.1 色散特性的仿真30-31
• 3.2.2 耦合阻抗的仿真31
• 3.2.3 衰减系数的仿真31-32
• 3.3 慢波结构模型的建立32-33
• 3.4 慢波结构优化33-40
• 3.4.1 管壳与螺旋线距离优化33-35
• 3.4.2 介质和金属加载优化35-40
• 3.5 高频特性优化结果40-42
• 3.6 返波振荡频率点的计算42-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管注波互作用计算和优化45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 衰减和切断设计46
• 4.3 均匀螺距慢波电路设计46-50
• 4.3.1 相速同步条件46-47
• 4.3.2 均匀螺距设计方案47-50
• 4.4 螺距跳变设计方案50-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管多级降压收集极设计56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 收集极的入口数据56-58
• 5.3 收集极各电极形状尺寸的确定58-60
• 5.4 收集极各电极电位的优化60-69
• 5.5 二次电子发射系数的优化69-72
• 5.6 本章小结72-73
• 第六章 总结73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士期间取得的成果79-80

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本文编号：647903