本文關(guān)鍵詞：回旋行波管高頻結(jié)構(gòu)與雙頻回旋行波管的研究與設(shè)計(jì)　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：回旋行波管是一種能夠在微波毫米波以及太赫茲波段產(chǎn)生高功率、高增益以及寬帶寬的相對(duì)論非線性電真空器件。在毫米波雷達(dá)、電子對(duì)抗、高速通信、等離子體加熱、材料處理、農(nóng)作物脫水等方面有著十分廣闊的應(yīng)用前景,受到各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的高度重視。高頻互作用結(jié)構(gòu)是回旋行波管最核心的部件之一,是注-波互作用最主要發(fā)生的場(chǎng)所,同時(shí)也是競(jìng)爭(zhēng)模式起振的場(chǎng)所。早期的回旋行波管由于采用光滑波導(dǎo)作為互作用結(jié)構(gòu),其效率、帶寬以及增益等性能嚴(yán)重受到各種競(jìng)爭(zhēng)模式的制約,導(dǎo)致回旋行波管的發(fā)展長(zhǎng)期滯后于其他回旋器件。通過(guò)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)模式起振機(jī)理的研究,科學(xué)家們提出了許多互作用電路來(lái)抑制競(jìng)爭(zhēng)模式,其中介質(zhì)加載高頻結(jié)構(gòu)是發(fā)展最快,應(yīng)用最廣也是發(fā)展較為成熟的一類高頻互作用結(jié)構(gòu),在實(shí)驗(yàn)中取得了非常不錯(cuò)的效果。本論文在國(guó)家專項(xiàng)基金(2013ZX01011001)資助下,展開(kāi)了對(duì)W波段TE_(01)模式介質(zhì)加載回旋行波管高頻結(jié)構(gòu)的研究,研究工作主要如下:1.通過(guò)小信號(hào)以及大信號(hào)理論,對(duì)W波段回旋行波管高頻結(jié)構(gòu)展開(kāi)了理論設(shè)計(jì);2.利用場(chǎng)匹配理論對(duì)介質(zhì)加載高頻結(jié)構(gòu)工作模式以及競(jìng)爭(zhēng)模式的損耗特性進(jìn)行研究,挑選出適合W波段回旋行波管的損耗陶瓷介質(zhì)參數(shù),使得介質(zhì)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)模式損耗較大的情況下,對(duì)工作模式的損耗處于最低值;3.用自洽非線性理論以及PIC仿真研究回旋行波管的穩(wěn)定性,并預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的輸出性能;4.對(duì)W波段回旋行波管的高頻組件進(jìn)行冷測(cè)實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)組裝以后的器件進(jìn)行熱測(cè)實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果相對(duì)比,分析熱測(cè)實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題,并提出解決方案。雖然回旋行波管在近些年取得了非常大的進(jìn)步,并取得了很好的整機(jī)應(yīng)用。但是由于先進(jìn)性雷達(dá)以及電磁干擾機(jī)能夠同時(shí)工作于很寬的頻段范圍,甚至于跨頻帶工作,所以傳統(tǒng)的回旋行波管已經(jīng)不能滿足其對(duì)微波源的要求。本文基于這種需求,在國(guó)家自然基金(61671136)資助下同時(shí)開(kāi)展了雙頻雙�；匦胁ü艿难芯�,主要包括以下幾個(gè)方面:1.對(duì)雙頻雙�；匦胁ü苓M(jìn)行了可行性研究報(bào)告,得出選擇TE_(11)/TE_(01)兩種工作模式前提下,所設(shè)計(jì)的回旋行波管能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻工作;2.對(duì)雙頻雙模回旋行波管磁控注入式電子槍,高頻互作用電路,以及輸出窗等關(guān)鍵部件從理論以及仿真上進(jìn)行了初始設(shè)計(jì)。回旋振蕩管是另外一種重要的回旋器件,是唯一被證實(shí)能成功應(yīng)用于國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃中等離子體加熱的器件。同時(shí)由于回旋振蕩管輸出性能穩(wěn)定,所以在工業(yè)材料加熱等方面也有著非常重要的應(yīng)用,本文在德國(guó)KIT相關(guān)項(xiàng)目的支持下,研究和設(shè)計(jì)了28 GHz二次諧波連續(xù)波回旋振蕩管,主要工作如下:1.設(shè)計(jì)了能穩(wěn)定工作于28GHz二次諧波,TE_(12)模式的互作用腔體結(jié)構(gòu),并且用光滑互作用腔體結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)三段式互作用腔體結(jié)構(gòu);2.對(duì)該腔體的主要競(jìng)爭(zhēng)模式進(jìn)行研究,并提出抑制主要競(jìng)爭(zhēng)模式的方法,從而成功抑制了各個(gè)競(jìng)爭(zhēng)模式;3.用EURIDICE對(duì)28 GHz回旋振蕩管進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),并用MAGIC 3D-PIC仿真進(jìn)行驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN124

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本文編號(hào)：1317846