【摘要】：螺旋線慢波結(jié)構(gòu)是使用最早的慢波結(jié)構(gòu)之一,由于其十分寬的頻帶特性被廣泛應(yīng)用于寬頻帶行波管的設(shè)計(jì)中,具有寬頻帶、大功率、高效率以及高增益等特點(diǎn),尤其可與固態(tài)放大器件和電子功率調(diào)諧器一起形成微波功率模塊(MPM)或者毫米波功率模塊(MMPM),被大量應(yīng)用于雷達(dá)、航天、通信、電子對(duì)抗等領(lǐng)域。隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展,需要螺旋線行波管具有更寬的頻帶,更高的功率,更高的頻率,更長(zhǎng)的壽命以及更小的尺寸等特點(diǎn),因此深入而詳細(xì)地對(duì)螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)寬帶毫米波螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,主要工作如下:1.為了改善螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的色散特性,拓展工作帶寬,基于色散成型技術(shù),對(duì)慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行金屬加載和脊加載,利用三維電磁仿真軟件HFSS設(shè)計(jì)了工作在18-40GHz頻段范圍內(nèi)的脊加載螺旋線慢波結(jié)構(gòu)和工作在26.5~40GHz頻段范圍內(nèi)的T形翼片加載的螺旋線慢波結(jié)構(gòu),詳細(xì)地分析了高頻結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變化對(duì)高頻特性的影響。進(jìn)行尺寸優(yōu)化,得到平坦的色散曲線和較高的耦合阻抗。2.對(duì)18~40GHz螺旋線行波管互作用系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用脊加載螺旋線作為慢波結(jié)構(gòu),基于螺距跳變技術(shù),采用2.5維大信號(hào)互作用程序?qū)ζ溥M(jìn)行注-波互作用的模擬計(jì)算。設(shè)置工作電壓為9700V,工作電流為170mA,比較不同螺距跳變方案對(duì)注-波互作用的影響,結(jié)果表明:采用均勻螺距整管基波輸出功率達(dá)到180W以上,電子效率大于11%,增益大于35dB,二次諧波小于-6dB;采用螺距跳變后基波輸出功率和基波電子效率有較大提高。3.對(duì)26.5~40GHz MMPM用小型化行波管進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用T形翼片加載的螺旋線作為慢波結(jié)構(gòu),采用2.5維大信號(hào)互作用程序考察了工作參數(shù)對(duì)注-波互作用特性的影響。設(shè)計(jì)了一種管長(zhǎng)為70mm,輸出功率大于55W,電子效率大于7%,增益在20dB左右的小型化行波管。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化,管長(zhǎng)縮短為60mm,電流變?yōu)?0mA,輸出功率大于54W,電子效率大于6.4%,增益大于20dB。
[Abstract]:Spiral slow wave structure is one of the earliest slow wave structures. Because of its very wide frequency band characteristics, it is widely used in the design of broadband traveling wave tube. It has the characteristics of wide band, high power, high efficiency and high gain. In particular, it can form microwave power module (MPM) or millimeter wave power module (MMPM), with solid state amplifier and electronic power tuner, which is widely used in radar, aerospace and communication. Electronic confrontation and other fields. With the development of military electronic technology, spiral traveling wave tube is needed to have the characteristics of wider frequency band, higher power, higher frequency, longer life and smaller size, so it is of great theoretical value and practical significance to study the helix slow wave structure in depth and detail. In this paper, the slow wave structure of broadband millimeter wave helix is studied. The main work is as follows: 1. In order to improve the dispersion characteristics of helix slow wave structure and expand the working bandwidth, metal loading and ridge loading of slow wave structure are carried out based on dispersion molding technology. The ridge loaded spiral slow wave structure working in 18-40GHz band and the spiral slow wave structure loaded by T wing in 26.5~40GHz band are designed by using 3D electromagnetic simulation software HFSS. The influence of the size parameters of the high frequency structure on the high frequency characteristics is analyzed in detail. The size is optimized and the flat dispersion curve and high coupling impedance are obtained. 2. The 18~40GHz spiral traveling wave tube interaction system is designed. The ridge loaded helix is used as the slow wave structure. Based on the pitch jump technology, the 2.5 dimensional large signal interaction program is used to simulate the beam-wave interaction. When the working voltage is 9700 V and the working current is 170 Ma, the effects of different pitch jump schemes on the beam-wave interaction are compared. the results show that the fundamental output power of the uniform pitch tube is more than 180 W, the electronic efficiency is more than 11%, the gain is more than 35 dB, and the second harmonic is less than-6 dB. The miniaturized traveling wave tube (TWT) is designed for 26.5~40GHz MMPM. The helix loaded with T-shaped wing is used as the slow wave structure, and the influence of working parameters on the beam-wave interaction characteristics is investigated by using the 2.5-dimensional large signal interaction program. A miniaturized traveling wave tube with a length of 70mm, an output power of more than 55W, an electronic efficiency of more than 7% and a gain of about 20dB is designed. After further optimization, the tube length is shortened to 60 mm, the current is 90 Ma, the output power is more than 54 W, the electronic efficiency is more than 6.4%, and the gain is more than 20 dB.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN105

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本文編號(hào)：2505806