具有耦合腔結(jié)構(gòu)的毫米波擴展互作用器件高頻系統(tǒng)的研究

發(fā)布時間：2020-04-26 20:44

【摘要】：近年來,由于在功率、帶寬和效率等方面的卓越表現(xiàn),擴展互作用器件(EID)的發(fā)展尤為迅速。尤其是在毫米波器件應用上,擴展互作用振蕩器(EIO)在低空導航和目標定位雷達等方面受到了廣泛的關注。此外,高功率輻射源目前還被用于分子光譜、醫(yī)學診療、生物光譜和高速率通信等領域。日益變高的工作頻率和器件體積大小之間的沖突限制了高功率輻射源的進步。在高頻率波段,例如毫米波段,抑或是太赫茲波段,EID的出現(xiàn)使得之前由于速調(diào)管尺寸的變小而帶來的困難得到了解決,讓這些器件能夠在比原先更高的頻率上正常工作。EID同時具有行波管和速調(diào)管的優(yōu)點,發(fā)展成一種具有寬頻帶、高輸出功率、高增益的電真空器件。隨著EID向更高的毫米波段發(fā)展,器件尺寸的減小,如何通過改善器件的高頻結(jié)構(gòu)來提高功率成為了EIO的研究重點之一。本論文主要內(nèi)容包括:概述了EID的發(fā)展、工作原理及現(xiàn)狀,并簡要概括了EID中的基本理論;研究一款新型耦合槽結(jié)構(gòu)的耦合腔,類比了不同耦合槽結(jié)構(gòu)的耦合腔冷腔參數(shù)特性。不同耦合槽結(jié)構(gòu)的高頻系統(tǒng)的設計及優(yōu)化;通過PIC仿真分析了不同耦合槽結(jié)構(gòu)對輸出功率的影響以及耦合腔結(jié)構(gòu)中幾個重要參數(shù)對于輸出功率的影響。同時還選擇了其中一種耦合槽結(jié)構(gòu)并將其應用于EIK中,研究分析了該EIK的冷腔及熱腔特性。本論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:(1)設計了一款新型的螺旋型耦合槽高頻結(jié)構(gòu),并對其冷腔特性進行了分析。并根據(jù)該結(jié)構(gòu)設計出了一款新型的EIO,同時對其熱腔參數(shù)特性進行了研究。(2)選取出幾種耦合腔中不同的耦合槽類型,例如:修斯結(jié)構(gòu)、Chodorow結(jié)構(gòu)、單耦合槽直線排列結(jié)構(gòu)、雙耦合槽90度交錯排列、相鄰耦合槽呈相同角度旋轉(zhuǎn)排列型等,保持這些結(jié)構(gòu)尺寸一致,從而避免其他因素對研究結(jié)果造成一定的影響。(3)根據(jù)不同的耦合槽類型設計出基于不同高頻結(jié)構(gòu)的EIO,通過對比冷腔參數(shù),如色散特性,場分布,互作用阻抗和耦合系數(shù)等,初步得出不同耦合槽結(jié)構(gòu)之間所存在的差異,推測基于哪種耦合槽類型的耦合腔在熱腔仿真時具有更好的輸出表現(xiàn)。(4)選取四種典型的耦合槽結(jié)構(gòu)作為器件的高頻結(jié)構(gòu),設計出四種基于不同耦合腔結(jié)構(gòu)的EIO,通過分析CST熱腔仿真結(jié)果,得出輸出功率表現(xiàn)最好的一種結(jié)構(gòu)。分析器件的尺寸參數(shù)對于器件性能的影響,通過改變其中兩個重要參數(shù)來研究輸出功率的變化。最終結(jié)果得出:四種結(jié)構(gòu)的EIO輸出功率均大于1.7kW,且單耦合槽直線排列結(jié)構(gòu)具有最大功率輸出,為2.8kW,效率為18%。(5)基于Chodorow型耦合腔結(jié)構(gòu)設計出了一款四腔EIK,通過參數(shù)掃描最終得出其最佳功率輸出為265.65W,效率為2.95%,增益為21.55dB,該器件的3dB帶寬為230MHz。
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