螺旋線行波管是雷達(dá)、通信和電子對(duì)抗等軍事裝備的心臟,以其功率大、頻帶寬、效率高、增益高、良好的信號(hào)傳輸放大性能等特點(diǎn)成為衛(wèi)星通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗系統(tǒng)中關(guān)鍵的微波功率放大器件。隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展,對(duì)行波管高頻率、大功率、小型化提出越來(lái)越高的要求,而螺旋線行波管隨著功率增大、頻率升高,返波振蕩問(wèn)題更加嚴(yán)重,且難以實(shí)現(xiàn)大功率。本學(xué)位論文研究了一種具有高耦合阻抗和抑制返波振蕩的慢波結(jié)構(gòu),適用于高頻率、大功率行波管的發(fā)展。環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)基波耦合阻抗高,單位長(zhǎng)度增益大,可以滿足行波管的小型化要求,并且環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)獨(dú)有的圈結(jié)構(gòu)不僅可以增大基波耦合阻抗,還能夠抑制返波振蕩,在高機(jī)動(dòng)、大功率、小體積、小重量雷達(dá)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的研究較少,一方面是這種慢波結(jié)構(gòu)加工困難,另一方面是國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)。本文將對(duì)環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的高頻特性和抑制返波振蕩的能力進(jìn)行系統(tǒng)性的研究,為環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。本學(xué)位論文主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.通過(guò)CST計(jì)算環(huán)桿與環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的色散特性與耦合阻抗。仿真結(jié)果表明圈結(jié)構(gòu)具有降低相速和增大耦合阻抗的作用。分析環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)表面電流和縱向電場(chǎng)分布,得出環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)高基波耦合阻抗的機(jī)理。2.對(duì)X波段環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的幾何尺寸進(jìn)行掃描分析,在CST中,改變結(jié)構(gòu)尺寸,得到不同尺寸的色散特性曲線及耦合阻抗曲線,分析不同結(jié)構(gòu)尺寸之間的聯(lián)系,獲得各結(jié)構(gòu)尺寸變化對(duì)環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)高頻特性影響的規(guī)律。3.通過(guò)MTSS軟件對(duì)螺旋線和環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)在X波段的起振電流與起振長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算,仿真結(jié)果表明環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)的起振電流與起振長(zhǎng)度都為螺旋線結(jié)構(gòu)的兩倍以上;論文還得出環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)中的圈寬度和半圓形圈結(jié)構(gòu)的高度的變化對(duì)返波振蕩抑制作用的一般規(guī)律。4.提出一種降低環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)工作電壓及偏移環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)中心頻率的方法,并成功應(yīng)用于整管研制,經(jīng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證,已完成環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)行波管工作電壓由原來(lái)15kV降低到14kV,且中心頻率向低端偏移1GHz的目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN124
【部分圖文】：

1 微波波段固態(tài)器件與單個(gè)電子管平均輸出功率隨頻率變化關(guān)波管的概述行波管的基本結(jié)構(gòu)管廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，常見(jiàn)的行波管結(jié)構(gòu)也是大體相似的， 所示[10]。圖 1.2 行波管的基本結(jié)構(gòu)

電子科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文2圖 1.1 微波波段固態(tài)器件與單個(gè)電子管平均輸出功率隨頻率變化關(guān)系圖1.2 行波管的概述1.2.1 行波管的基本結(jié)構(gòu)行波管廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，常見(jiàn)的行波管結(jié)構(gòu)也是大體相似的，基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示[10]。圖 1.2 行波管的基本結(jié)構(gòu)(1)電子槍：在行波管中，電子槍的主要作用是提供一個(gè)尺寸特定、形狀良好的電子注，電子注在電子槍中加速后稍快于電磁波相速。(2)聚焦系統(tǒng)：電子注中的電子相互靠近時(shí)，同性電荷相互排斥，導(dǎo)致電子注變形，而聚焦系統(tǒng)可產(chǎn)生外加磁場(chǎng)力，這種外加磁場(chǎng)力能夠抵消同性電荷之間的排斥力，約束電子注的形狀，使電子注不發(fā)生擴(kuò)散，可以順利的通過(guò)慢波系統(tǒng)而不被慢波系統(tǒng)截獲，電子注在這個(gè)過(guò)程中與慢波系統(tǒng)中的電磁波發(fā)生的充分相互作用，實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的放大。(3)慢波結(jié)構(gòu)：慢波結(jié)構(gòu)一般是周期性結(jié)構(gòu)，電子注與電磁場(chǎng)在慢波結(jié)構(gòu)中發(fā)生互作用。慢波結(jié)構(gòu)可以降低電磁波的相速，使電磁波與電子注發(fā)生同步，從

電子科學(xué)研究院碩士學(xué)位論文以增強(qiáng)基波耦合阻抗且對(duì)返波振蕩有抑制作用。環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)行波管單位長(zhǎng)度增益大，所以行波管的尺寸可以做的更小。但是這兩種慢波結(jié)構(gòu)的相速很高，色散特性曲線起伏大，帶寬相較于螺旋線結(jié)構(gòu)很窄。1.2.4 行波管的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r目前，科研人員一方面開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，使用新的材料，更新加工工藝等，對(duì)傳統(tǒng)的螺旋線行波管、耦合腔行波管、環(huán)桿和環(huán)圈慢波結(jié)構(gòu)行波管進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)，從而提升這些管型的性能。另一方面，通過(guò)探索開(kāi)發(fā)新型的毫米波、亞毫米波慢波結(jié)構(gòu)，從而得到具有更高工作頻率、更大工作帶寬、更大基波耦合阻抗和更高電子效率的慢波結(jié)構(gòu)[14]�？蒲腥藛T提出了很多全金屬毫米波慢波結(jié)構(gòu)，例如：為了得到高功率毫米波行波管，設(shè)計(jì)出了圖 1.3 所示的曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)[15]和曲折雙脊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)[16]。以及脊加載曲折波導(dǎo)[17]和槽加載曲折波導(dǎo)[18]。
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本文編號(hào)：2848815