新型平面型级联行波管研究

发布时间：2017-10-22 06:01

  本文关键词：新型平面型级联行波管研究

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【摘要】：受固态功率器件冲击以及太赫兹应用需求,电真空类行波管不断要求向更高频率、更高功率方向发展。传统结构的行波管因其精细的结构和复杂的加工无法提供更高频率的高功率输出,因此需要采用新型高频结构行波管,同时寻求更大的输出功率。通过集成和级联等空间合成方式是目前解决大功率输出的有效手段。同时由于现代加工工艺的不断突破,从大电流阴极发射到LIGA和DRIE等技术的发展,为真空器件的规模集成提供了可能。论文围绕集成行波管所涉及理论、设计与仿真开展研究工作,工作的主要内容和创新点可以概括为下述五个方面。1、建立了电子光学多注集成系统基本理论。从静态场的Maxwell方程组,考虑相对论效应的动量方程以及电流连续性方程出发,构建了电子光学基本理论模型。在轴对称系统的基础上,发展了多注集成系统要求的非轴对称电子光学系统理论模型。2、建立了任意结构的通用注波互作用理论模型。通过分析任意结构的普遍场形态,得到了任意周期结构下的小信号注波互作用理论模型。结合注波互作用过程中能量转化与守恒关系,建立了通用场理论模型,进而发展了通用的注波互作用大信号模型。针对集成行波管两类典型结构:并联和串联集成结构的注波互作用特性进行了分析和讨论。最后,建立了多电子注与电磁波的互作用理论模型,并分析了级联行波管的输入功率限制问题。3、完成了多注并联集成行波管的电子光学系统分析。重点讨论了均匀场、Wiggler场、PCM场等多种类型磁场约束带状电子轨迹,并研究了带状电子注的空间合成技术,以及高效率多注收集极分析,探讨了并联集成行波管电子光学关键技术。4、完成了平面级联行波管相关理论及设计研究。平面级联行波管能极好的适应行波管集成加工的特点,并能获得更高的输出功率。但各高频结构的关键连接结构是制约级联性能的关键。论文给出了高频分析的基础理论,讨论了平面级联行波管的连接方式,最终设计了新型E面截角波导,获得优良的传输性能的同时压缩了连接尺寸。5、完成了异构级联行波管的仿真和设计。异构级联行波管能够充分不同高频结构各自的注波互作用特性发挥各自的优势,从而使级联行波管获得更好的性能。首先提出了级联行波管的设计方法,以V波段螺旋线-折叠波导级联行波管为典型代表,结合两类高频结构的优势最终级联行波管整体性能满足55-60GHz(5GHz带宽)内获得800W的功率和55dB的增益。
【关键词】：集成行波管 多注并联 平面级联行波管 异构级联行波管
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN124
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 行波管介绍11-12
• 1.2 集成行波管发展12-19
• 1.3 论文的立题背景及主要工作和创新19-20
• 1.4 论文组织结构20-22
• 第二章 集成电子光学系统基本理论22-30
• 2.1 基本方程22-24
• 2.1.1 Maxwell方程组22-23
• 2.1.2 相对论下的动量方程23
• 2.1.3 强流电子光学基本方程组23-24
• 2.1.4 强流电子光学基本方程组24
• 2.2 轴对称系统中的基本方程24-28
• 2.2.1 电位和电场强度24-25
• 2.2.2 磁矢位和磁感应强度25-26
• 2.2.3 运动方程26-27
• 2.2.4 轨迹方程27-28
• 2.3 非轴对称系统中的基本方程28-29
• 2.4 小结29-30
• 第三章 集成系统注波互作用理论研究30-49
• 3.1 任意慢波结构的注波互作用理论30-44
• 3.1.1 任意慢波结构的场31-34
• 3.1.2 注波互作用小信号理论34-37
• 3.1.3 注波互作用大信号理论37-44
• 3.2 注波互作用集成分析44-48
• 3.2.1 多电子注耦合理论模型45-46
• 3.2.2 电子注串联影响分析46-48
• 3.3 小结48-49
• 第四章 多注并联集成行波管电子光学系统研究49-65
• 4.1 电子枪集成设计49-60
• 4.1.1 均匀磁场与Wiggler磁场下的带状注传输特性比较50-54
• 4.1.2 Wiggler磁场与PCM磁场下的带状注传输特性比较54-59
• 4.1.3 带状注多注集成电子枪59-60
• 4.2 多注收集极设计60-64
• 4.2.1 收集极入.条件的分析60-61
• 4.2.2 收集极电极的优化设计61-62
• 4.2.3 高效率三注行波管三级降压收集极设计62-64
• 4.3 小结64-65
• 第五章 平面级联行波管理论与设计研究65-86
• 5.1 高频慢波系统三维有限元分析方法65-71
• 5.1.1 高频结构本征值算法65-70
• 5.1.2 基于叠层型高阶矢量有限元法的S参数计算70-71
• 5.2 多束折叠波导71-73
• 5.2.1 并行多注结构71-72
• 5.2.2 单一多注结构72
• 5.2.3 级联多注结构72-73
• 5.3 三注级联折叠波导S参数研究73-85
• 5.3.1 矩形波导中场分布73-74
• 5.3.2 TE10模矩形波导的传输功率74
• 5.3.3 TE10模矩形波导的等效阻抗74-76
• 5.3.4 转角镜原理76
• 5.3.5 折叠波导慢波结构特性76-79
• 5.3.6 三注级联折叠波导连接结构设计79-85
• 5.4 小结85-86
• 第六章 异构级联行波管设计与仿真研究86-97
• 6.1 设计原理87-88
• 6.2 级联行波管设计88-96
• 6.3 小结96-97
• 第七章 全文总结97-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-104
• 攻博期间取得的研究成果104-105

【参考文献】

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1 李斌;行波管幅相一致特性研究[D];电子科技大学;2003年

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本文编号：1077022