本文關(guān)鍵詞：基于大功率速調(diào)管產(chǎn)生高功率微波技術(shù)研究　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 速調(diào)管 功率合成 脈沖壓縮 高功率微波

【摘要】：本論文主要研究了基于大功率速調(diào)管功率合成和脈沖壓縮的高功率微波產(chǎn)生技術(shù)。與常用的振蕩器型高功率微波系統(tǒng)相比,基于大功率速調(diào)管的高功率微波系統(tǒng)可以以較高的重復(fù)頻率長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,具有能量效率高、輸出脈沖寬及頻率、功率、相位穩(wěn)定利于功率合成等優(yōu)點(diǎn)。這種高功率微波系統(tǒng)除可用于大型射頻粒子加速器外,還可以用作高功率雷達(dá)發(fā)射機(jī)、強(qiáng)電磁輻射環(huán)境發(fā)生器以及微波定向能武器。論文選用大功率速調(diào)管和SLED脈沖壓縮裝置來產(chǎn)生高功率微波。首先,在分析諧振腔儲(chǔ)能過程的瞬態(tài)特性和無源SLED脈沖壓縮理論基礎(chǔ)上,研究了諧振腔品質(zhì)因子、耦合度以及倒相時(shí)刻、倒相速度等因素對(duì)SLED脈沖壓縮裝置峰值功率增益、能量效率的影響。針對(duì)在無源SLED脈沖壓縮系統(tǒng)中高峰值功率增益和高能量效率無法兼顧的問題,提出了一種在儲(chǔ)能階段高耦合度、提取階段低耦合度的有源SLED脈沖壓縮方法。其次,在S波段設(shè)計(jì)搭建了一套基于大功率速調(diào)管功率合成和脈沖壓縮的高功率微波系統(tǒng)。使用一臺(tái)感應(yīng)疊加型全固態(tài)調(diào)制器同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩只速調(diào)管,經(jīng)功率合成和脈沖壓縮后,輸出峰值功率可達(dá)212.9 MW、脈沖寬度約400 ns、重復(fù)頻率25 Hz。速調(diào)管功率合成效率約97.7%,SLED脈沖壓縮系統(tǒng)峰值功率增益約4.7倍,整套高功率微波系統(tǒng)的能量效率約9.8%。通過實(shí)驗(yàn)定量研究了倒相時(shí)刻、倒相速度對(duì)SLED脈沖壓縮裝置峰值功率、能量效率等性能的影響。最后,對(duì)論文提出的有源SLED脈沖壓縮方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首次將帶引燃極的氣體放電開關(guān)管應(yīng)用到有源SLED脈沖壓縮技術(shù)中,設(shè)計(jì)了一種由波導(dǎo)H-T、氣體放電開關(guān)管以及短路活塞組成的耦合度調(diào)節(jié)模塊。利用大功率環(huán)形器替代SLED脈沖壓縮裝置中的3 d B耦合器,搭建了一套單諧振腔的有源SLED脈沖壓縮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在倒相同時(shí)將諧振腔的耦合度由20降低到5左右時(shí),獲得了約6.5倍的峰值功率增益,同時(shí)提高了系統(tǒng)能量效率。與傳統(tǒng)微波學(xué)科相融合是高功率微波技術(shù)的發(fā)展方向之一,本論文將粒子加速器射頻功率源相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用到高功率微波技術(shù)領(lǐng)域,對(duì)高功率微波技術(shù)的發(fā)展具有一定參考價(jià)值。
[Abstract]:In this paper, the high power microwave generation technology based on power synthesis and pulse compression of high power klystron is mainly studied. Compared with the commonly used high power microwave oscillator system, high power klystron high power microwave tube system with a high repetition rate based on the stable operation for a long time, has the advantages of high energy efficiency, the output pulse width and frequency, power and phase stability for power synthesis. The high power microwave system can be used not only for large RF particle accelerators, but also for high-power radar transmitters, strong electromagnetic radiation environment generators and microwave directional energy weapons. This paper uses high power klystron and SLED pulse compression device to produce high power microwave. First, based on the analysis of the transient characteristics of the cavity energy storage process and the passive SLED pulse compression theory, the influence of the resonator quality factor, coupling degree, and the phase inversion time and the phase velocity on the peak power gain and energy efficiency of the SLED pulse compression device is studied. Aiming at the problem that the high peak power gain and high energy efficiency can not be considered in the passive SLED pulse compression system, a new active SLED pulse compression method is proposed, which is highly coupled in the energy storage stage and low in the extraction stage. Secondly, a high power microwave system based on power synthesis and pulse compression of high power klystron is designed and built in the S band. An induction superposition all solid state modulator is used to drive two klystron at the same time. After power combining and pulse compression, the output peak power can reach 212.9 MW, the pulse width is about 400 ns, and the repetition rate is 25 Hz. The power synthesis efficiency of the klystron is about 97.7%, the peak power gain of the SLED pulse compression system is about 4.7 times, and the energy efficiency of the high power microwave system is about 9.8%. The effects of phase inversion time and phase velocity on the peak power and energy efficiency of SLED pulse compression device were quantitatively studied by experiments. Finally, the active SLED pulse compression method proposed in this paper is verified experimentally. For the first time, the gas discharge switch with igniter is applied to the active SLED pulse compression technology for the first time. A coupling module composed of waveguide H-T, gas discharge switch and short-circuit piston is designed. By replacing the 3 D B coupler in the SLED pulse compression device with a high-power annular device, an experimental system of active SLED pulse compression for a single resonant cavity is built. When the coupling degree of the resonator is reduced from 20 to about 5 at the same time, the peak power gain of about 6.5 times is obtained, and the energy efficiency of the system is improved. Integration with traditional microwave disciplines is one of the development directions of high-power microwave technology. In this paper, particle accelerator RF power source related technology is applied to the field of high-power microwave technology, which has a certain reference value for the development of high power microwave technology.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN015;TN122

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