短毫米波高次谐波行波管研究

发布时间：2017-10-05 01:28

  本文关键词：短毫米波高次谐波行波管研究

  更多相关文章： 高次谐波行波管 短毫米波 太赫兹源 折叠波导慢波结构

【摘要】：太赫兹波是介于毫米波和红外线之间的电磁波,由于波段的独特优越性,太赫兹科学技术已被广泛应用于军事、通信、探测等领域。然而,小型化、高功率和低成本太赫兹源的缺乏限制了其在各领域的广泛应用。本文以非相对论电子束的高次谐波产生机理及其在倍频行波管中的应用为研究目的,设计了一种行波放大器——短毫米波高次谐波行波管,该器件的特点是电子束流经过输入信号的调制,电子相空间折叠产生电子群聚束团,并且能够选择特定的高次谐波进行放大且能抑制其他谐波信号。该器件由成熟的短毫米波信号源驱动,在辐射段中由电流高次谐波激励起谐波信号并放大。本文研究的主要内容有:1、首先对折叠波导慢波结构的高频特性和损耗特性进行了理论分析,介绍了折叠波导一维非线性理论,设计出调制段和辐射段慢波结构,并对慢波结构中注波互作用过程进行分析研究。2、对折叠波导慢波结构的输入输出装置和衰减器进行了仿真研究,利用HFSS仿真软件对过渡波导和输入输出窗的电压驻波比进行了仿真计算。3、对短毫米波高次谐波行波管进行了理论研究并进行仿真模拟计算,最后是加工装配整管。通过HFSS仿真软件对调制段和辐射段慢波结构的高频特性进行了仿真,优化出了慢波结构参数,在此基础上对慢波结构的损耗特性进行了仿真计算。利用CST电磁仿真软件的粒子工作室模块对整管模型进行仿真,优化出最佳电子注工作电压、调制段长度和漂移管长度。最终模拟结果为:电子注工作电压为18.4kV、工作电流为120mA,输入信号频率为46GHz、功率为300mW,辐射段输出信号为138GHz、功率为144.5W。输出信号为输入信号的3次谐波信号,频谱纯净,无其他振荡信号或谐波信号的频谱分量,证明了高次谐波行波管可以产生并放大谐波信号,是一种很有前途的太赫兹器件。
【关键词】：高次谐波行波管 短毫米波 太赫兹源 折叠波导慢波结构
【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】：TN722;TN124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究意义11
• 1.3 研究现状11-12
• 1.4 本文主要研究工作12-14
• 第二章 折叠波导慢波结构理论分析与设计研究14-28
• 2.1 折叠波导的色散特性14-16
• 2.2 折叠波导的耦合阻抗16-17
• 2.3 折叠波导的损耗特性17-21
• 2.3.1 衰减系数17-20
• 2.3.2 有效电导率20-21
• 2.4 折叠波导结构设计21-23
• 2.5 一维非线性理论23-27
• 2.5.1 电子运动方程24-25
• 2.5.2 电路方程25-26
• 2.5.3 空间电荷场26-27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 调制段和辐射段设计研究28-36
• 3.1 调制段和辐射段的高频特性28-32
• 3.1.1 Matlab计算高频特性28-30
• 3.1.2 HFSS计算高频特性30-32
• 3.2 调制段和辐射段的损耗特性32-34
• 3.3 TAU中注波互作用仿真分析34-35
• 3.4 小结35-36
• 第四章 输入输出装置和衰减器的研究36-44
• 4.1 输入输出结构36-41
• 4.1.1 输入输出窗36-38
• 4.1.2 过渡波导38-41
• 4.2 衰减器41-43
• 4.3 小结43-44
• 第五章 高次谐波行波管模拟研究44-67
• 5.1 短毫米波高次谐波行波管简介44-45
• 5.2 短毫米波高次谐波行波管的设计优化45-53
• 5.2.1 工作电压45-47
• 5.2.2 利用CST计算损耗47-49
• 5.2.3 调制段长度49-50
• 5.2.4 谐波电流50-53
• 5.3 模拟仿真结果53-65
• 5.3.1 调制段仿真结果54-58
• 5.3.2 漂移管仿真结果58-60
• 5.3.3 辐射段仿真结果60-65
• 5.4 实物装配图65-66
• 5.5 小结66-67
• 第六章 总结67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72
• 攻硕期间取得的研究成果72-73

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本文编号：974026