【摘要】：毫米波通常指波長(zhǎng)在1-10mm之間,工作頻率在30GHz到300GHz之間的電磁波。毫米波技術(shù)在國(guó)防、人工檢測(cè)、5G通信、無(wú)人駕駛汽車等方面有著巨大的應(yīng)用。毫米波振蕩器是毫米波技術(shù)的重要組成部分,具有重大的研究?jī)r(jià)值。擴(kuò)展互作用速調(diào)管和擴(kuò)展互作用振蕩器統(tǒng)稱為擴(kuò)展互作用器件。其中擴(kuò)展互作用速調(diào)管(EIK)是一種放大器,已被用作高功率毫米波真空設(shè)備的重要來(lái)源。ElO在科學(xué),商業(yè)和軍事應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用,如通信,雷達(dá),發(fā)射機(jī),大氣傳感和近物體分析。EIO的相互作用腔是短波慢波結(jié)構(gòu),它利用了行波管(TWT)和速調(diào)管的優(yōu)點(diǎn)。而常見的擴(kuò)展互作用振蕩器有圓柱的EIO和帶狀注的EIO。圓柱與帶狀注的區(qū)分在于它們的電子通道。其中在傳統(tǒng)圓柱EIO難以產(chǎn)生大功率,因?yàn)橹C振腔中的尺寸小和大電流密度。帶狀注的EIO可以明顯降低光束的電流密度,從而降低光束的自由空間電荷效應(yīng)。與圓柱EIO相比,可以承載更大的電流,從而增強(qiáng)光束功率,實(shí)現(xiàn)高輸出功率。比如CIP公司的研究人員設(shè)計(jì)了一種高頻CW可調(diào)諧EIO,工作頻率為264GHz,輸出功率為1W。帶狀注EIO比圓柱EIO在相同情況下,其散熱效果更好,能產(chǎn)生高的功率。本論文展開對(duì)毫米波帶狀注擴(kuò)展互作用振蕩器的探究。設(shè)計(jì)Ka波段的高頻結(jié)構(gòu),討論間隙數(shù)目與特性阻抗及輸出功率的關(guān)系。又基于電子通道和輸出端口不變的情況下,展開耦合腔和互作用間隙及耦合口的參數(shù)改變對(duì)諧振頻率、特性阻抗、場(chǎng)強(qiáng)分布的影響,并進(jìn)行耦合腔和互作用間隙的參數(shù)改變對(duì)色散曲線的影響。最終成功的設(shè)計(jì)出了在電子注0.8mm×3.2mm下,電子注進(jìn)入1mm×4mm的電子通道,在工作電壓15.5kV、工作電流4A、工作頻率在33.57GHz的情況下,最終達(dá)到了輸出功率14.9kW,電子效率為24%的Ka波段帶狀注擴(kuò)展互作用振蕩器。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TN752
【圖文】：

電磁頻譜劃分[11]

大氣對(duì)電磁波的衰減[12]

擴(kuò)展互作用器件有兩種：分別是擴(kuò)展互作用振蕩器和擴(kuò)展互作用速調(diào)管。其工作原理是經(jīng)過處理后使慢波線結(jié)構(gòu)的兩端短路，構(gòu)成慢波結(jié)構(gòu)的高頻諧振系統(tǒng)。電子注和電磁波在慢波結(jié)構(gòu)處經(jīng)過多次互作用，充分換能，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了大功率連續(xù)功率輸出，給真空電子器件注入了新鮮血液。EID 的高頻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有大功率的速調(diào)管特點(diǎn)，又兼具行波管的寬帶特點(diǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)改造而成的諧振腔。目前，擁有的這樣結(jié)構(gòu)的諧振腔中有休斯腔結(jié)構(gòu)，折疊波導(dǎo)，梯形結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)的結(jié)構(gòu)等，其中休斯慢波結(jié)構(gòu)是 W.R.Day 及 J.A.Noland 在 1966 年，實(shí)驗(yàn)室研究毫米波 EIO 所使用的的結(jié)構(gòu)，如圖 1-3 所示，如圖 1-4、1-5 所示，2000 年，臺(tái)灣學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)休斯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加一段漂移區(qū)，用來(lái)預(yù)備電子注的群聚，其長(zhǎng)度為 /4，并將輸出能量的腔和群聚段分離，成功設(shè)計(jì)了一種復(fù)雜的諧振腔的毫米波段的 EIO，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在工作頻率為 16.66GHz 時(shí)，可以獲得功率 2.2kW、效率 30%的表現(xiàn)[42-44]。休斯結(jié)構(gòu)的慢波系統(tǒng)采用全金屬組件，工作穩(wěn)定，散熱性能好，但隨著頻率向毫米波頻段上擴(kuò)展，越來(lái)越復(fù)雜的慢波結(jié)構(gòu)對(duì)制造和裝配提出了挑戰(zhàn)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2763396