本文關(guān)鍵詞：2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管的設(shè)計

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【摘要】：行波管(TWT)頻帶很寬,是在電子戰(zhàn)、雷達、通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的一類微波真空電子器件。其中螺旋線行波管是在中小功率領(lǐng)域最為普遍的一類行波管。為了應(yīng)對固態(tài)器件體積小、重量輕、可靠性強的挑戰(zhàn)和滿足微波功率模塊(MPM)的發(fā)展要求,行波管需要越來越小型化。同時,現(xiàn)代軍事和通信系統(tǒng)要求覆蓋更多的頻率,因此需要拓展行波管帶寬。小型化和寬帶化成為行波管研制的兩大方向。本論文仿真設(shè)計了一支工作在2-6GHz的小型化寬帶螺旋線行波管,主要完成的工作如下:1.闡述了小型化寬帶螺旋線行波管的一些關(guān)鍵技術(shù),包括用于小型化和寬帶化的色散成型技術(shù)、返波振蕩抑制技術(shù)、衰減和切斷技術(shù)、螺距跳變技術(shù)、降壓收集極技術(shù)等。2.利用三維電磁仿真軟件HFSS軟件設(shè)計了2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)�；谛⌒突瘜拵菪�行波管色散成型技術(shù),該結(jié)構(gòu)采用T型夾持桿和扇形翼片加載。重點研究了螺旋線與管殼之間的距離、金屬翼片和介質(zhì)夾持桿的尺寸參數(shù)對螺旋線慢波結(jié)構(gòu)高頻特性的影響,并優(yōu)化這些參數(shù),得到滿足小型化寬帶螺旋線慢波結(jié)構(gòu)要求的低的、弱的反常色散曲線,以及較高的耦合阻抗和較低的損耗特性。為了抑制返波振蕩,還分析了所設(shè)計的慢波結(jié)構(gòu)的返波振蕩頻率點,得出該慢波結(jié)構(gòu)返波振蕩頻點的耦合阻抗很小,不會發(fā)生返波振蕩。3.利用二維大信號程序ORION計算并優(yōu)化2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管注-波互作用過程。具體采用了一個切斷,并在切斷兩端附近設(shè)置漸變衰減器以抑制反射振蕩。在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計了均勻螺距、螺距負跳變、螺距正跳變、螺距負正跳變慢波電路,對比四種螺距設(shè)置,螺距負正跳變效果最好,在工作電壓為4900V,工作電流550mA情況下,將互作用長度從通常的340mm縮短至200mm,在全頻帶范圍內(nèi)飽和輸出功率達到了600W以上,飽和增益為30dB以上,電子效率為22%以上,二次諧波比小于-6dB。4.利用二維大信號程序ORION仿真設(shè)計了2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管三級降壓收集極,以提高行波管總效率。在設(shè)計過程中,分別采取了三種方法對各級電極電壓進行了優(yōu)化,并對二次電子發(fā)射系數(shù)優(yōu)化,實現(xiàn)了在2-6GHz頻段收集極效率達到80%以上,總效率大于65%,達到了小型化行波管對效率的要求。
【關(guān)鍵詞】：小型化寬帶螺旋線行波管 慢波結(jié)構(gòu) 注波互作用 收集極
【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】：2016
【分類號】：TN124
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 微波真空電子器件10-12
• 1.1.1 現(xiàn)代微波真空電子器件的應(yīng)用10-11
• 1.1.2 微波真空電子器件的分類11-12
• 1.2 螺旋線行波管概述12-17
• 1.2.1 引言12-13
• 1.2.2 螺旋線行波管早期發(fā)展歷史13
• 1.2.3 螺旋線行波管的工作原理13-15
• 1.2.4 螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的高頻特性15-16
• 1.2.5 螺旋線行波管輸出參量16-17
• 1.3 小型化寬帶行波管的發(fā)展狀況及重難點問題17-18
• 1.4 本文主要工作18-20
• 第二章 小型化寬帶螺旋線行波管的關(guān)鍵技術(shù)20-30
• 2.1 色散成型20-21
• 2.2 返波振蕩及其抑制21-23
• 2.3 衰減和切斷23
• 2.4 螺距跳變技術(shù)23-25
• 2.5 降壓收集極25-29
• 2.5.1 單級降壓收集極回收能量25-27
• 2.5.2 多級降壓收集極27-28
• 2.5.3 收集極效率28-29
• 2.5.4 電子回流29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 慢波結(jié)構(gòu)仿真方法30-32
• 3.2.1 色散特性的仿真30-31
• 3.2.2 耦合阻抗的仿真31
• 3.2.3 衰減系數(shù)的仿真31-32
• 3.3 慢波結(jié)構(gòu)模型的建立32-33
• 3.4 慢波結(jié)構(gòu)優(yōu)化33-40
• 3.4.1 管殼與螺旋線距離優(yōu)化33-35
• 3.4.2 介質(zhì)和金屬加載優(yōu)化35-40
• 3.5 高頻特性優(yōu)化結(jié)果40-42
• 3.6 返波振蕩頻率點的計算42-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 第四章 2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管注波互作用計算和優(yōu)化45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 衰減和切斷設(shè)計46
• 4.3 均勻螺距慢波電路設(shè)計46-50
• 4.3.1 相速同步條件46-47
• 4.3.2 均勻螺距設(shè)計方案47-50
• 4.4 螺距跳變設(shè)計方案50-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 2-6GHz小型化寬帶螺旋線行波管多級降壓收集極設(shè)計56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 收集極的入口數(shù)據(jù)56-58
• 5.3 收集極各電極形狀尺寸的確定58-60
• 5.4 收集極各電極電位的優(yōu)化60-69
• 5.5 二次電子發(fā)射系數(shù)的優(yōu)化69-72
• 5.6 本章小結(jié)72-73
• 第六章 總結(jié)73-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 攻讀碩士期間取得的成果79-80

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