高效率寬帶毫米波行波管是一類重要的真空電子器件,可廣泛應(yīng)用于高性能雷達(dá)、通訊等領(lǐng)域。為了提高傳輸效率和整管效率,輸能系統(tǒng)和收集極系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)是兩個(gè)關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容;針對(duì)該類器件,本文分別開(kāi)展了Ka波段寬帶螺旋線行波管輸能結(jié)構(gòu)和收集極以及6-18GHz螺旋線行波管收集極的理論和實(shí)驗(yàn)研究,取得了如下的工作進(jìn)展:1.為已設(shè)計(jì)完成的Ka波段螺旋線行波管慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了同軸輸能結(jié)構(gòu),通過(guò)理論設(shè)計(jì)與仿真模擬的結(jié)合,設(shè)計(jì)并優(yōu)化使其在26.5-40GHz的頻段內(nèi)反射系數(shù)小于-15dB,駐波系數(shù)小于1.3,滿足通帶的傳輸要求。2.對(duì)設(shè)計(jì)好的輸能結(jié)構(gòu)與慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示駐波系數(shù)在2.1以下,并對(duì)加工與裝配的過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行了分析與解決,之后對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了誤差分析,為下一次實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。3.為了提高行波管整管效率,對(duì)收集極進(jìn)行了研究。從互作用結(jié)束后的電子狀態(tài)出發(fā),分析其運(yùn)動(dòng)與能量情況,為收集極入口設(shè)計(jì)與電壓設(shè)置提供了參考,在大信號(hào)仿真軟件ORION的幫助下,建立二維仿真模型,并模擬了一個(gè)四級(jí)降壓收集極,收集極效率達(dá)87.9%。4.對(duì)6-18GHz頻段的行波管四級(jí)降壓收集極進(jìn)行小型化... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

固態(tài)器件與真空器件的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[6]

的增加而成比例的快速上升，隨著輸入功率增加到一定點(diǎn)后，輸出功率反而開(kāi)始下降。這是因?yàn)楫?dāng)群聚電子注不斷的進(jìn)行能量交換，電子注的速度逐漸下降，當(dāng)電磁波的相速大于電子注的速度時(shí)，群聚電子注會(huì)慢慢進(jìn)入加速場(chǎng)，反而從電磁場(chǎng)中吸收能量從而導(dǎo)致輸出功率下降。一般通過(guò)相速跳變或相速漸變法來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況，使得電子注與電磁波相速再同步�；プ饔猛瓿珊�，能量得到放大的電磁波從輸出耦合結(jié)構(gòu)輸出，互作用結(jié)束后的電子進(jìn)入到收集極，通過(guò)收集極的降壓收集，將剩余能量回收至電源系統(tǒng)循環(huán)利用[8-9]。行波管的具體結(jié)構(gòu)如圖1-2所示[10]：圖1-2行波管的組成結(jié)構(gòu)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10在實(shí)際設(shè)計(jì)中螺旋線行波管特性阻抗通常要比標(biāo)準(zhǔn)同軸接頭大得多，要經(jīng)過(guò)阻抗變換段的作用將螺旋線的阻抗與標(biāo)準(zhǔn)同軸線的阻抗相匹配。通常采用的阻抗匹配方式有單節(jié)阻抗變換法、多節(jié)阻抗變換法和阻抗?jié)u變法[7]。(1)單節(jié)阻抗變換法單節(jié)變換中使用的最廣泛也最簡(jiǎn)單的當(dāng)屬四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。設(shè)其輸入端阻抗大小為0，需要與阻抗大小為2的輸出端完成阻抗匹配，只需要在輸入端與輸出端之間接入一段長(zhǎng)度為4的傳輸線，該傳輸線的阻抗1=√02，阻抗匹配便能完成。不過(guò)因4的長(zhǎng)度只是對(duì)應(yīng)于單個(gè)特定的頻點(diǎn)上，并不能滿足通帶的傳輸要求，如果工作頻段為一段頻帶內(nèi)，那么在此頻點(diǎn)外的頻段匹配效果就會(huì)變差，因此該方法所獲得的匹配頻段較窄。圖2-14阻抗變換段示意圖(2)多節(jié)阻抗變換法圖2-2是一個(gè)N節(jié)阻抗變換段，在結(jié)構(gòu)上可以看成是N個(gè)單節(jié)阻抗變換器耦合而成，其中每個(gè)單節(jié)變換器的長(zhǎng)度都可以由中心頻點(diǎn)的4計(jì)算得到。分別以0，1，2,…,代表每一節(jié)傳輸線的阻抗。當(dāng)研究對(duì)象為同軸線時(shí)，若是想要使每段得到不同的阻抗，只需要改變同軸線的內(nèi)外徑。由于多節(jié)阻抗變換就是相當(dāng)于多個(gè)單節(jié)阻抗變換器相連，能夠?qū)崿F(xiàn)全匹配的頻點(diǎn)也變多，所以它在工作頻率范圍上得到了拓展，克服了單節(jié)阻抗變換器帶寬窄的缺陷。在多節(jié)阻抗變換器里，科學(xué)的改變每一節(jié)傳輸線的阻抗亦或是反射系數(shù)，將能夠在N個(gè)工作頻點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)良好的匹配，繼而把該結(jié)構(gòu)的工作頻帶拓寬。圖2-2多節(jié)阻抗變換段示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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[3]毫米波雙頻段空間行波管高頻特性研究[D]. 吳鋼雄.電子科技大學(xué) 2016
[4]高性能收集極優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 李賀偉.電子科技大學(xué) 2016
[5]Ku波段行波管降壓收集極的研制[D]. 陳燕.電子科技大學(xué) 2012
[6]多級(jí)降壓收集極的模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 劉明輝.電子科技大學(xué) 2012
[7]小型化行波管電子光學(xué)系統(tǒng)與降壓收集極設(shè)計(jì)方法的研究[D]. 楊赤如.電子科技大學(xué) 2007
[8]螺旋線行波管慢波結(jié)構(gòu)及輸入輸出結(jié)構(gòu)研究[D]. 于兵芳.電子科技大學(xué) 2007
[9]行波管多級(jí)降壓收集極CAD技術(shù)研究[D]. 高迅鴻.電子科技大學(xué) 2004



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