微波電真空器件是利用帶電粒子與電磁波信號進(jìn)行互作用,將電子注的能量交給電磁波信號的一大類器件。行波管作為一種電真空器件,在電磁應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的地位。隨著科技的發(fā)展,人們對電磁波的研究和應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入毫米波和太赫茲領(lǐng)域,由于行波管的結(jié)構(gòu)尺寸隨著頻率的升高而急劇減小,使功率容量下降,所以在高頻率下提高行波管的輸出功率成為一項(xiàng)重要的工作,而通過集成化的功率合成等手段是提高行波管輸出功率的有效方法。雙模行波管作為行波管的一種,工作于高低兩種模式下,在雷達(dá)、電子對抗等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本論文的主要研究內(nèi)容如下:（1）Ka波段介質(zhì)支撐懸置線雙模行波管研究。首先對慢波結(jié)構(gòu)高頻特性進(jìn)行計(jì)算分析,最終根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定慢波結(jié)構(gòu)尺寸。其次建立全周期模型并計(jì)算傳輸特性,在27GHz-32GHz頻帶范圍內(nèi),回波損耗低于-15dB。然后計(jì)算了行波管高、低模式下的注波互作用情況,27GHz-32GHz頻帶范圍內(nèi),低模式:工作電壓4700V,電流0.11A,輸出功率高于24W,最大輸出功率可達(dá)54.2W,增益為20.35dB;高模式:工作電壓4700V,電流0.15A,輸出功率高于28W,最大輸出功率可達(dá)72.5W... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)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)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

行波管結(jié)構(gòu)示意圖

第一章緒論3來的熱耗散問題，同時使用降壓收集極來回收電子流，提高效率。1.3.2雙模行波管雙模行波管是行波管的一種，多用于機(jī)載雷達(dá)和電子對抗系統(tǒng)。這種行波管具有兩種工作狀態(tài)：一種被稱為低模狀態(tài)，工作于連續(xù)波狀態(tài)，輸出峰值功率較低，多用于機(jī)載雷達(dá)向下進(jìn)行對地觀測，以及在電子對抗中以連續(xù)波的工作方式對敵方進(jìn)行阻塞式干擾；另一種被稱為高模狀態(tài)，通常工作于脈沖波狀態(tài)，輸出功率比低模式要高，一般用于機(jī)載雷達(dá)向上和向前搜索遠(yuǎn)距離目標(biāo)，以及在電子對抗中以脈沖波的工作方式對敵方進(jìn)行欺騙式干擾[8]。由于慢波結(jié)構(gòu)所確定的同步電壓不能改變，而低模和高模兩種工作狀態(tài)的輸出峰值功率不同，所以只能改變工作電流。要得到不同的電流，需要重新對電子槍進(jìn)行改進(jìn)，可以采用柵極控制或雙陽極等方法，通過改變柵極或陽極電壓，從而得到不同的電流。而且要求兩種模式轉(zhuǎn)換速度要快、切換電壓要低。最常見的是無截獲柵控槍，這種槍結(jié)構(gòu)簡單，在脈升比較低的情況下(3dB)，高低模轉(zhuǎn)換時電子注狀態(tài)穩(wěn)定，輸入功率可以保持不變。當(dāng)脈升比較高時，可以使用圖1-2所示電子槍，此時的柵極分為內(nèi)柵與外柵，低模時，只有內(nèi)柵處于工作電壓，外柵處于截止電壓，陰極發(fā)射的電流較��；高模時，內(nèi)外柵均處于工作電壓，陰極發(fā)射電流較大。圖1-2柵控電子槍還有一種得到雙模電子槍的方式是使用雙陽極的方式來實(shí)現(xiàn)，如圖1-3所示。通過調(diào)整第一陽極的電位可以得到不同大小的電流。這種雙陽極電子槍可以避免電子的截獲，并且在不同導(dǎo)流系數(shù)下，對電子注的聚焦并無嚴(yán)重的影響[9]。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3調(diào)制陽極電子槍對于雙模行波管的研究，在國外，美國瓦里安聯(lián)合公司研制的機(jī)載電子對抗用X波段雙模行波管[10]，頻率范圍9.6-9.8GHz，連續(xù)波輸出功率500W，脈沖輸出功率700W，兩種模式下的增益分別為40.5dB和30.5dB。美國微波公司研制的S波段雙模行波管[11]，連續(xù)波模式和脈沖模式下的增益分別為26dB和32dB，兩種工作模式下的效率分別為21-27%，23-29%。2017年，加州大學(xué)提出了一種裝備可調(diào)水平聚焦電極并可提供不同電流的雙模電子槍[12]，使用該電子槍設(shè)計(jì)出了一種工作于0.2THz的雙模行波管。該管采用高密度帶狀電子束進(jìn)行脈沖模式工作，對于連續(xù)波模式采用低電流帶狀束。在連續(xù)波模式下，電子槍輸出0.0866A電流，該管在190GHz-210GHz頻率范圍內(nèi)輸出功率超過10W；在脈沖模式下，電子槍輸出0.2126A電流，在190GHz-210GHz頻率范圍內(nèi)輸出功率超過100W。在國內(nèi)，北京真空電子技術(shù)研究所研制出了X波段大功率雙模行波管[13]。該管采用了中心桿控雙模電子槍，以此來達(dá)到大工作比的要求。另外電子槍的陰極電流密度為8A/cm2，可以較大程度地減小電子槍的截止負(fù)偏壓。該管在低模下的輸出功率為600W，高模下輸出功率為4000W。目前雙模行波管的研究大多集中在低頻傳統(tǒng)螺旋線結(jié)構(gòu)，本文采用平面微帶慢波結(jié)構(gòu)對雙模行波管進(jìn)行研究，可以使器件體積更小，同時具有慢波結(jié)構(gòu)可集成化的優(yōu)勢，滿足電子對抗需求。1.3.3行波管的集成化和固態(tài)器件相比，真空器件輸出功率大，效率高，但是體積較大，集成度不高，一致性難以保證。隨著電子、通信等領(lǐng)域的發(fā)展，對真空器件的小型化、集成化要求更加迫切。隨著5G技術(shù)的迅速崛起，對通信行波管的小型化、低成本、可以批量制造的要求越來越高。其次為了使現(xiàn)有的行波管適用于有源相控陣

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種基于波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換的X波段功率分配/合成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J]. 臧恒,徐小帆,裴政,夏熙.  雷達(dá)與對抗. 2019(03)
[2]微波功率行波管及模塊的應(yīng)用發(fā)展趨勢[J]. 王斌,王風(fēng)巖,周旭,郝保良,寇建勇.  真空電子技術(shù). 2019(02)
[3]適用于Ka波段圓形電子注行波管的半圓形卷繞微帶線慢波結(jié)構(gòu)（英文）[J]. 丁沖,李倩,雷霞,吳鋼雄,楊睿超,宮玉彬,王文祥,魏彥玉.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2018(03)
[4]平面化慢波結(jié)構(gòu)行波管的研究[J]. 王戰(zhàn)亮,王禾欣,許多,何騰龍,李新義,鞏華榮,路志剛,段兆云,魏彥玉,宮玉彬.  真空電子技術(shù). 2018(02)
[5]超小型器件和微波功率模塊的發(fā)展——真空電子和微波光子技術(shù)的融合[J]. 廖復(fù)疆.  真空電子技術(shù). 2018(01)
[6]多注行波管的特點(diǎn)及發(fā)展[J]. 任振國,李榮,朱剛,王昊,吳磊,賀兆昌,鄧光晟,李林.  真空電子技術(shù). 2017(04)
[7]太赫茲用石英基板微帶電路制作工藝技術(shù)[J]. 白浩,王平,張晶.  太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào). 2016(01)
[8]某型行波管壽命評估與試驗(yàn)[J]. 徐志兵,王冠峰.  航空維修與工程. 2015(02)
[9]0.14THz基模多注折疊波導(dǎo)行波管的理論與模擬研究[J]. 顏勝美,蘇偉,王亞軍,徐翱,陳樟,金大志,向偉.  物理學(xué)報(bào). 2014(23)
[10]微加工電化學(xué)沉積鋅犧牲層工藝[J]. 姜政,丁桂甫,吳惠菁,張冬梅.  壓電與聲光. 2006(06)

博士論文
[1]新型平面型級聯(lián)行波管研究[D]. 諸葛天祥.電子科技大學(xué) 2015
[2]Ka波段回旋放大器及W波段帶狀束電子光學(xué)系統(tǒng)的研究[D]. 王建勛.電子科技大學(xué) 2010

碩士論文
[1]應(yīng)用于MPM的X波段小型化行波管的研究[D]. 崔燦.電子科技大學(xué) 2019
[2]皮秒激光加工系統(tǒng)研制及工藝試驗(yàn)研究[D]. 王成.江蘇大學(xué) 2018
[3]V波段的微帶曲折慢波結(jié)構(gòu)研究[D]. 李小普.電子科技大學(xué) 2018
[4]高壓縮比帶狀注電子槍研究[D]. 楊柳莎.電子科技大學(xué) 2017
[5]短毫米波帶狀注器件電子槍的設(shè)計(jì)[D]. 王兵.電子科技大學(xué) 2017
[6]電子槍設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 盧姀.電子科技大學(xué) 2015
[7]帶狀注行波管電子光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D]. 雷倫昌.電子科技大學(xué) 2015
[8]帶狀雙電子注的成形與傳輸特性研究[D]. 湯華昆.電子科技大學(xué) 2013
[9]W波段行波管柵控電子槍的設(shè)計(jì)與模擬[D]. 劉葉.電子科技大學(xué) 2012



本文編號：3250840