本文關(guān)鍵詞： V波段 曲折波導(dǎo)行波管 新型曲折波導(dǎo) 寬帶 高功率　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：V波段是一個重要的大氣衰減窗口。V波段行波管作為放大器件近年來在近距離保密通信、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星對抗領(lǐng)域得到了世界范圍內(nèi)的廣泛研究。相對于歐美、日本等國,我國對該頻段的開發(fā)利用相對滯后。目前,國內(nèi)已有20W量級采用螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的V波段行波管處于樣管研制階段,但是當(dāng)頻率上升到該頻段后,螺旋線橫向尺寸變得很小,線徑很細(xì),加工裝配困難,功率容量急劇下降,散熱不易,可靠性及環(huán)境適應(yīng)性方面都存在諸多困難。所以,研究其他類型慢波結(jié)構(gòu)的行波管以滿足我國在該頻段的應(yīng)用需求顯得極為迫切。慢波結(jié)構(gòu)作為行波管的核心部件,是電子注與電磁波進(jìn)行互作用并完成能量交換的通道,其性能直接決定了行波管的技術(shù)水平。本文從幾種全金屬、結(jié)構(gòu)簡單的慢波結(jié)構(gòu)出發(fā),重點介紹了開放式矩形柵波導(dǎo)和曲折波導(dǎo),通過對比,結(jié)合實用性、可實現(xiàn)性、研制基礎(chǔ)及技術(shù)積累,選擇了曲折波導(dǎo)行波管及其新結(jié)構(gòu)作為研究內(nèi)容。曲折波導(dǎo)具有功率容量大、帶寬較寬、機(jī)械強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)易加工、可復(fù)制性強(qiáng)、散熱性好等優(yōu)點,且適合進(jìn)行頻率縮尺設(shè)計,工作頻段可跨越厘米波直至太赫茲的多個波段,可作為一種大功率、寬帶小型化的輻射源,應(yīng)用于通信(含衛(wèi)星)、電子對抗、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感探測等眾多領(lǐng)域。本文在理論研究的基礎(chǔ)上成功設(shè)計并制造加工出V波段曲折波導(dǎo)行波管,完成了實驗研究,進(jìn)行了小信號下的高頻特性測試和大信號下的輸出功率、帶寬等測試;為了將行波管總效率提升到10%以上,設(shè)計加工了三級降壓收集極并完成了整管裝配;為了獲得更高性能,設(shè)計了三種極具實用價值的新型曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了小信號和大信號研究,可為后續(xù)改進(jìn)型的V波段曲折波導(dǎo)行波管加工制造提供理論支撐。與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,幾種新結(jié)構(gòu)在維持帶寬的同時能顯著提升輸出功率。本論文的主要研究內(nèi)容和成果總結(jié)如下:1.在理論研究的基礎(chǔ)上完成設(shè)計并成功制造出V波段曲折波導(dǎo)行波管,進(jìn)行了“冷測”和“熱測”實驗研究,在V波段獲得了國內(nèi)領(lǐng)先的5GHz帶寬及大于30W的輸出功率。2.為了將行波管總效率提升到10%以上,設(shè)計加工了三級降壓收集極并完成了整管裝配,克服了10kV以上高電壓、小體積、多收集極絕緣及散熱問題,結(jié)合軟件仿真及行波管制造經(jīng)驗公式計算,總效率可達(dá)到12.9%。3.為了提高輸出功率,提出并設(shè)計了一種直角槽加載新型曲折波導(dǎo)行波管慢波結(jié)構(gòu),經(jīng)高頻特性和大信號注-波互作用特性研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,新結(jié)構(gòu)不僅將整個5GHz帶寬內(nèi)的功率提高了30%,而且將行波管慢波結(jié)構(gòu)長度降低了20%,單位長度增益更高。經(jīng)計算,改進(jìn)能量輸出結(jié)構(gòu)材料后可在V波段5GHz的帶寬范圍內(nèi)獲得大于50W的輸出功率,滿足寬帶大功率應(yīng)用的需求。4.為了降低工作電壓,增加實用性和可靠性,同時簡化結(jié)構(gòu)以便加工,提出并設(shè)計了一種10.5kV工作電壓的外矩形槽加載曲折波導(dǎo)行波管慢波結(jié)構(gòu),研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比,新結(jié)構(gòu)輸出功率更高,可獲得大于30W的功率及5GHz帶寬,滿足低電壓寬帶應(yīng)用的需求。5.為了進(jìn)一步提高曲折波導(dǎo)行波管的輸出功率,提出并設(shè)計了一種內(nèi)矩形槽加載曲折波導(dǎo)行波管慢波結(jié)構(gòu)。經(jīng)小信號仿真發(fā)現(xiàn),新結(jié)構(gòu)的耦合阻抗在工作頻段高端不再下降,反而進(jìn)入上升趨勢,這一反常特性顯著改善了常規(guī)結(jié)構(gòu)中由于頻率上升,耦合阻抗快速下降引起的互作用效率降低問題。經(jīng)大信號仿真發(fā)現(xiàn),該結(jié)構(gòu)可在V波段4GHz的帶寬內(nèi)達(dá)到70W輸出功率,5GHz的帶寬范圍內(nèi)達(dá)到大于50W輸出功率。同時由于增益增加,慢波電路長度可比常規(guī)結(jié)構(gòu)減少1/3,滿足大功率小型化的應(yīng)用需求。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN124

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本文編號：1482207