正交場放大器是一種利用電子在互相垂直的電場和磁場中運動并同微波場交換能量來放大信號的真空電子器件,在磁控管的基礎上發(fā)展而來,具有體積小、工作電壓低、相位穩(wěn)定、高效率,頻帶寬等優(yōu)點。正交場放大器產(chǎn)品應用數(shù)量很大,廣泛應用在目標搜索、跟蹤等雷達系統(tǒng)中,在眾多微波管中有不可替代的地位。本文主要對S波段正交場放大器進行基礎理論研究和仿真研究,理論研究主要包括正交場放大器中的電子在靜態(tài)場和高頻場中的運動、慢波結(jié)構的色散特性和耦合阻抗。進行仿真研究時,為了驗證結(jié)果的正確性,使用不同軟件對正交場放大器的慢波結(jié)構、輸入輸出結(jié)構以及整管進行建模仿真分析。仿真研究首先是對慢波結(jié)構進行確定,選取短管支撐曲折線作為慢波結(jié)構,為了使慢波結(jié)構滿足設計要求,對慢波結(jié)構的色散特性和耦合阻抗進行分析,研究慢波結(jié)構中的尺寸參數(shù)對高頻特性的影響。其次是對傳輸特性進行分析,先使用CST軟件建立模型,選取簡單的同軸結(jié)構作為輸入輸出結(jié)構,調(diào)整輸入輸出結(jié)構與慢波結(jié)構間的連接以達到良好的耦合,最終使得駐波比小于1.65,傳輸效果良好。為驗證準確性,再使用CHIPIC軟件對整管結(jié)構進行冷態(tài)仿真,從輸入和輸出功率圖可看出信號傳輸效果良好... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

驗證將磁控管轉(zhuǎn)換成放大器的第一個器件的結(jié)構示意圖

低等優(yōu)點，在陽極表面的高頻電場是一個相位固定的駐波場，早期磁控管應用在雷達、醫(yī)療、航空航天等領域，但逐漸被線性注器件所取代，當前磁控管主要應用于微波加熱、干燥、燒結(jié)等民用領域[13]。正交場放大器是一種工作在微波頻率內(nèi)的放大器，具有一定的帶寬，特點是體積孝重量輕、工作電壓低、效率高、相位穩(wěn)定，陽極表面是一個相位變化的行波場，管子可以在一定頻帶內(nèi)工作，主要應用在搜索、定位的雷達系統(tǒng)中，常作為行波管的末前級放大器以提高整體增益[14]。下面可將正交場放大器按照其屬性可以分為以下幾種類型，如圖1-2所示。圖1-2正交場放大器的分類

電子科技大學碩士學位論文4在這里詳細說一下注入式正交場放大器和分布發(fā)射式正交場放大器的區(qū)別。注入式正交場放大器的結(jié)構上可以分為電子槍區(qū)、互作用區(qū)和收集極區(qū)[15-16]。電子槍區(qū)主要是發(fā)射電子，具有陰極、成形極和加速陽極結(jié)構，在電子槍區(qū)沒有高頻場，電子在陽極電壓下加速運動，在與電場垂直的磁場的作用下發(fā)生彎曲，形成帶狀電子注進入互作用區(qū)，在慢波結(jié)構和陰極間具有直流電場，還有與之垂直的直流磁常在高頻場不存在的情況下，電子做輪擺運動。在高頻場存在且電子的速度與電磁波速度相同的情況下，位于高頻縱向減速場的電子將位能轉(zhuǎn)化為高頻場能量，位于加速場的電子向底極漂移。位于末端的收集極是將在互作用區(qū)沒有打上慢波結(jié)構，也沒有回轟底極的電子進行收集[17]。注入式正交場放大器的基本結(jié)構如圖1-3所示。圖1-3注入式正交場放大器基本結(jié)構分布發(fā)射式正交場放大器結(jié)構上和磁控管很類似，有一個圓柱形陰極和未閉合的慢波結(jié)構作為陽極，另外還有輸入和輸出端口進行信號的傳輸。在慢波線的終端和始端有一段光滑的漂移區(qū)域，這部分區(qū)域使能量在輸入和輸出端進行有效的隔離，也可以為電子的重入提供路徑。電子和高頻場的相互作用和能量轉(zhuǎn)換機制，和磁控管是相似的，包括所要求的工作條件和電子效率等特性。分布發(fā)射式正交場放大器按行波性質(zhì)可以分為兩大類，即前向波放大器和返波放大器。前向波放大器就是電子的漂移方向與電磁能量傳播方向一致，電子與正色散空間諧波進行能量交換，使得輸入的信號得以放大一定的倍數(shù)。返波放大器即電子的漂移方向與電磁波傳播的方向相反從而進行能量轉(zhuǎn)換的器件[18]。分布發(fā)射式正交場放大器基本結(jié)構如圖1-4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]用于空間太陽能電站的大功率正交場微波源分析[J]. 楊金生,馮進軍.  空間電子技術. 2018(02)
[2]X波段300 kW正交場放大器設計[J]. 楊金生,周紅剛,雷雪峰.  太赫茲科學與電子信息學報. 2017(05)
[3]S波段20kW平均功率正交場放大器研究[J]. 楊金生,周紅剛,包廣建,宋振紅.  微波學報. 2017(04)
[4]大平均功率前向波放大管散熱分析[J]. 孫涵,楊金生.  真空電子技術. 2016(06)
[5]新控制方式前向波放大管[J]. 包廣建,楊金生,王剛,李會成.  真空電子技術. 2011(04)
[6]S波段高增益正交場放大器研究[J]. 李會成,楊金生.  真空電子技術. 2011(03)
[7]真空電子學和微波真空電子器件的發(fā)展和技術現(xiàn)狀[J]. 丁耀根,劉濮鯤,張兆傳,王勇.  微波學報. 2010(S1)
[8]面向?qū)ο蟮牧Ｗ幽MCAD建模系統(tǒng)[J]. 周俊,劉大剛,劉盛綱.  電子學報. 2008(03)
[9]大功率微波真空電子學技術進展[J]. 廖復疆.  電子學報. 2006(03)
[10]前向波放大管在雷達系統(tǒng)中新的應用方式[J]. 崔愛國.  真空電子技術. 2002(06)

博士論文
[1]基于超材料的新型輻射源研究[D]. 王彥帥.電子科技大學 2017
[2]電磁粒子模擬方法及其應用研究[D]. 周俊.電子科技大學 2009

碩士論文
[1]螺旋線行波管注波互作用數(shù)值模擬研究[D]. 王鵬.電子科技大學 2018



本文編號：3220894