發(fā)布時間：2020-03-29 13:03

【摘要】：毫米波由于它自身具備的特點(diǎn),在雷達(dá)、電子對抗和通信領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,而回旋行波管作為一種采用快波結(jié)構(gòu)的信號放大器,具有工作頻帶寬、輸出功率高和增益高的特點(diǎn),成為大功率毫米波技術(shù)研究領(lǐng)域中的重中之重。在回旋行波管收集極的入口處,完成與微波換能的電子注繼續(xù)軸向運(yùn)動。具有一定能量的電子注在軸向逐漸下降的磁場作用下,運(yùn)動到收集極內(nèi)壁上,電子注剩余能量轉(zhuǎn)化為熱能,這部分熱能被收集極外側(cè)的循環(huán)液冷水流及時帶走。若電子注收集區(qū)域過于集中,將導(dǎo)致收集極局部過高的溫升。過高的溫升會給收集極散熱帶來壓力,并且影響管體內(nèi)部的工作環(huán)境。提高收集極液冷效率,提升耗散電子注收集均勻性,是收集極設(shè)計的關(guān)鍵問題。本論文主要工作如下:1.為了確定收集極的單位面積功率容量及提升其功率容量,運(yùn)用理論分析結(jié)合多物理場仿真,并且聯(lián)合熱測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到了器件內(nèi)最強(qiáng)電場分布、器件擊穿電壓隨真空度變化關(guān)系、真空度與收集極耗散功率的對應(yīng)關(guān)系以及收集極最高溫度隨耗散功率的變化關(guān)系。通過提高收集極材料熱傳導(dǎo)系數(shù)、液冷水流流速和改進(jìn)液冷結(jié)構(gòu)的方法提升了液冷效率,仿真分析了螺旋-波浪型微通道收集極結(jié)構(gòu),耗散密度在1.65 kW/cm~2時,收集極最高溫度和液冷水流最高溫度低于各自溫度門限,保證了最大耗散功率的有效收集。2.為了提高電子注在收集上的收集均勻性,從電子注在收集極的運(yùn)動軌跡入手,用電子注相位函數(shù)?(r,v)描述收集區(qū)域的電子注分布,運(yùn)用MATLAB編制收集密度程序。針對均勻磁場下單一狀態(tài)的電子注,分別在直線收集極、等斜率漸變收集極和變斜率漸變收集極的情況下研究電子注收集面積問題和收集均勻性問題,通過變斜率曲線收集方式有效解決了電子注在收集極上的“尖峰”,使得耗散電子注收集更加均勻。3.研究了分層電子注收集問題。在斜線收集極均勻磁場條件下,得出了電子注收集形狀隨收集極傾角和電子回旋角的變化關(guān)系,并對編程計算中出現(xiàn)的收集“毛刺”問題給予了分析。針對漸變磁場下分層電子注收集,通過和均勻磁場時的收集密度對比,運(yùn)用在收集極區(qū)域增加補(bǔ)償磁場線包的方式來提高收集均勻性。利用CST軟件分析得出,增加補(bǔ)償磁場后對應(yīng)的收集極結(jié)構(gòu)具有較好的微波傳輸特性。
【圖文】：

5%的 3dB 帶寬和 1.5kW 的平均功率輸出[43]。2012 年在 Q 波段回旋行波管熱測實(shí)驗(yàn)中，基于 TE01模式，在熱測實(shí)驗(yàn)中測得峰值功率 153kW，飽和增益達(dá)到 4dB[44]。2014 年，電子科技大學(xué)在 Ku 波段回旋行波管中，利用陶瓷加載型的高頻結(jié)構(gòu)，，基于 TE11模式，該管子在工作電壓 63kV 和工作電流 13A 的條件下，得到輸出功率 153kW，帶寬 2.3GHz，20%的效率和 41dB 的飽和增益[45]。同一年，在W 波段的熱測實(shí)驗(yàn)中，工作于 TE01的周期介質(zhì)加載型回旋行波管得到了 112 kW的峰值功率輸出，69.7 dB 的飽和增益和 23.3%的效率，并在 90 kW 以上得到了 GHz 的帶寬[46]。中科院電子所主要針對諧波倍頻技術(shù)進(jìn)行了研究，在 2007 年，其設(shè)計的回旋放大器在試驗(yàn)中達(dá)到了 25kW 峰值輸出功率，該管子將 TE01模式的輸入信號變換成 TE02模式輸出[47-48]。在 2010 年的回旋管行波管試驗(yàn)中得到了最大輸出功率 77 kW，大于 25 dB 的增益和 1.06%的 3 dB 帶寬[49]。中國電科集團(tuán)第十二研究所在 2011 年對 Ka 波段回旋行波管的研究中，采用周期加載衰減陶瓷的高頻結(jié)構(gòu)，在 TE01基模的工作模式下，在 67 kV-13 A 的工作狀態(tài)下得到了 156 kW 的峰值功率輸出[50]。次年，該所在 Ka 波段回旋行波管熱測實(shí)驗(yàn)中測得 293 kW 的峰值功率輸出，34.2% 的效率，56 dB 的增益和 2.1 GHz 的 3 dB 帶寬[51]。

具有被稱為調(diào)制陽極的第一陽極和加速陽極的第二陽極。輸入高頻微波的入口和出口。輸入耦合器把經(jīng)過固態(tài)功率放大器初步放耦合進(jìn)入回旋行波管，輸出窗口則把高功率的微波輸出至大功率傳。輸出窗需要保證較高的傳輸效率同時還得保證密封以保障管內(nèi)的頻結(jié)構(gòu)，作為回旋行波管的關(guān)鍵部分，歷來是學(xué)者們的研究重點(diǎn)。由的收斂磁場的絕熱壓縮作用，電子注縱向速度減小而橫向速度增大，能量保持不變，也可以說電子的縱向能量轉(zhuǎn)換成了橫向能量，這為電里面的注波換能做了準(zhǔn)備。電子注在高頻結(jié)構(gòu)的運(yùn)動過程中，逐漸發(fā)聚，而處于減速場的電子注將部分能量交給高頻場，完成注波換能。旋行波管穩(wěn)定工作的重要保障，一般采用低溫超導(dǎo)磁體產(chǎn)生較高的磁的軸線需要盡可能的與回旋行波管對稱軸線保持重合，這樣才能保頻場的有效換能，所以超導(dǎo)磁體的質(zhì)量需要嚴(yán)格把關(guān)，在做熱測實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)磁體進(jìn)行大量的測試。完成注波互作用之后的電子注，仍然具有收集極主要負(fù)責(zé)電子注耗散能量的吸收，并通過收集極外側(cè)的液冷系輸出到外部，以保證回旋行波管的穩(wěn)定工作。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉濮鯤;杜朝海;;毫米波回旋行波放大器的發(fā)展評述[J];微波學(xué)報;2013年Z1期

2 劉濮鯤,徐壽喜;回旋速調(diào)管放大器及其發(fā)展評述[J];電子與信息學(xué)報;2003年05期

本文編號：2606008