Ka波段5kW耦合腔行波管關(guān)鍵技術(shù)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 12:12

【摘要】：在種類繁多的電真空器件當(dāng)中,行波管因?yàn)榫哂懈咻敵龉β�、寬工作頻帶的特性,廣泛應(yīng)用在軍事雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信衛(wèi)星等領(lǐng)域中,是最重要的微波管之一。行波管可以分為最主要的兩類:螺旋線類行波管和耦合腔類行波管。螺旋線行波管由于其寬頻帶特性而普遍應(yīng)用于中小功率行波管中,但因?yàn)槁菪€與管子外殼之間必須使用介質(zhì)夾持桿,從而導(dǎo)致螺旋線散熱能力較差,使得其輸出功率受到限制。然而耦合腔行波管由于結(jié)構(gòu)尺寸較大,又是全金屬結(jié)構(gòu),熱耗散能力強(qiáng),因此可以獲得較大的輸出功率,是大功率行波管的代表。近年來(lái)發(fā)展迅速的折疊波導(dǎo)行波管可以看作耦合腔行波管的一種變形,由于它兼?zhèn)浯蠊β屎蛯掝l帶的優(yōu)點(diǎn),而且易于加工裝配,在毫米波乃至太赫茲頻段都有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究Ka波段大功率耦合腔行波管,設(shè)計(jì)了慢波結(jié)構(gòu),電子槍,傳輸系統(tǒng)等關(guān)鍵部件,并加工測(cè)試了部分部件,目標(biāo)是在33-37 GHz的頻帶內(nèi)產(chǎn)生大于5 kW的功率輸出。另外本文還針對(duì)一種新型的真空太赫茲源——高次諧波倍頻行波管(HHTWT),提出了兩種改進(jìn)方案,提高其在340 GHz頻段的輸出功率。本文的主要研究?jī)?nèi)容有:1、對(duì)耦合腔慢波結(jié)構(gòu)及其相關(guān)理論進(jìn)行了詳細(xì)介紹,分析了慢波結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)對(duì)其高頻特性的影響,確定了具體的尺寸參數(shù)。2、設(shè)計(jì)仿真了與耦合腔行波管相匹配的電子槍,傳輸系統(tǒng)等,并加工測(cè)試了雙曲圓弧漸變過(guò)渡波導(dǎo)和輸能窗。我們選用了常見(jiàn)的皮爾斯無(wú)柵電子槍,電子槍工作電壓為28 kV,工作電流為2.5 A,電子注通道半徑為0.8 mm。輸入輸出結(jié)構(gòu)采用階梯阻抗變換器與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)連接。3、對(duì)兩種耦合腔慢波結(jié)構(gòu)的注波互作用過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析,先用課題組自主開(kāi)發(fā)的非線性注波互作用軟件得到了功率、效率、帶寬等特性,然后利用CST進(jìn)行整管的粒子模擬,論證此設(shè)計(jì)的可行性。仿真結(jié)果表明這兩種結(jié)構(gòu)在33-37 GHz頻帶內(nèi)能分別能產(chǎn)生6.5-10.47 kW和6.1-9.7 kW的輸出功率。4、介紹了課題組提出的高次諧波倍頻行波管,針對(duì)其功率較小的缺陷提出兩種結(jié)構(gòu)不同的太赫茲雙注高次諧波級(jí)聯(lián)行波管的改進(jìn)方案。CST仿真結(jié)果顯示在輸入100 mW的84.5-87.5 GHz的W波段信號(hào)時(shí),兩種結(jié)構(gòu)可以分別得到功率為200-923.3 mW和600-970 mW的四倍頻太赫茲頻段輸出信號(hào)。
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