帶狀注三槽梯形線慢波結(jié)構(gòu)行波管的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-09-28 22:21
真空電子器件是電子在真空狀態(tài)下和電磁波產(chǎn)生互作用并放大電磁波的裝置。近年來(lái),隨著真空電子器件向毫米波和亞毫米波頻段發(fā)展,由于尺寸共渡效應(yīng),常規(guī)“O”型器件尺寸變得非常小,隨之帶來(lái)一系列問(wèn)題。帶狀注真空電子器件由于橫向可拓展,能夠提高輸入功率,因而在高頻段展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。三槽梯形線慢波結(jié)構(gòu)是一種全金屬結(jié)構(gòu),除具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且簡(jiǎn)單、易加工、熱耗散能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外,其最突出的優(yōu)點(diǎn)是帶狀電子注通道尺寸很大,輸出功率很高。因此,該慢波結(jié)構(gòu)受到了眾多研究者們的喜愛(ài)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）基于三槽梯形線慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一支X波段行波管。首先設(shè)計(jì)高頻結(jié)構(gòu);接著設(shè)計(jì)了三節(jié)階梯漸變輸入/輸出耦合結(jié)構(gòu),并且進(jìn)行了傳輸特性仿真計(jì)算;隨后利用CST Particle進(jìn)行注-波互作用研究,仿真結(jié)果顯示:在9.510.5GHz頻帶內(nèi),輸出功率超過(guò)15.5kW,并且在10GHz處輸出功率達(dá)最高26.45kW,此時(shí)的增益為27.23dB,電子效率為25.43%。最后對(duì)整個(gè)行波管進(jìn)行“冷”測(cè)驗(yàn),測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。（2）基于三槽梯形線慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一支Ka波段行波管。本章節(jié)提出了一種分布式衰減...
【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：105 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
電磁波波譜圖
圖 1-2 毫米波及太赫茲波的大氣衰減特性圖毫米波在軍事和民用方面的應(yīng)用[8, 9]如下：首先是毫米波雷達(dá)。波長(zhǎng)短，更高精度的定位，可以探測(cè)更小的目標(biāo)，是理想的低空防御系統(tǒng)。其次通信方面。波長(zhǎng)短且頻帶寬，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，及更好的保密，毫米波制導(dǎo)。由于毫米波介于微波與紅外波之間，具有它們的制導(dǎo)優(yōu)兼有自身的天線副瓣低優(yōu)點(diǎn)，因此毫米波制導(dǎo)成為導(dǎo)彈系統(tǒng)的首取。第對(duì)抗方面。毫米波能夠穿透云霧實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天后工作；能夠穿透戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和避開敵方攔截、監(jiān)測(cè)[10]。第五，大功率的毫米波可作輻射武器和大功率毫米波雷達(dá)。高功率微波可以用來(lái)驅(qū)散非法游行、眾鬧事的人群；當(dāng)功率密度高達(dá)一定程度時(shí)能夠狠狠打擊敵方的毫米波系統(tǒng)等。第六，毫米波穿透力強(qiáng)，能夠穿透脂肪、陶瓷、布料、塑料，檢測(cè)等。除了上述應(yīng)用外，毫米波在其他方面還有其獨(dú)特的用途，例如醫(yī)療行業(yè)波成像技術(shù)，一種無(wú)損成像技術(shù)，可用來(lái)檢測(cè)腫瘤、癌癥及其它病灶等
圖 1-3 行波管結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)入二十一世紀(jì)來(lái)，社會(huì)的發(fā)展速度加快，即將進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)于更高功率、更高頻率的電真空器件的需求也更為迫切。然而，常規(guī)的圓形電子注電真空器件發(fā)展遇到了障礙。隨著真空器件的工作頻率提高，趨膚深度（ 2 s）隨之減少，導(dǎo)致單位長(zhǎng)度損耗增大，器件增益和效率降低。另外由于尺寸共渡效應(yīng)，高頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸將變得非常小，其內(nèi)部傳輸電子注的電子注通道尺寸也很小，進(jìn)而導(dǎo)致電子注尺寸會(huì)更小。如此將會(huì)導(dǎo)致：（1）電子注尺寸越小會(huì)使得電子空間電荷力越強(qiáng)，增加聚焦電子注的難度；（2）電子注尺寸變小會(huì)使得電流密度增大，功率容量必然會(huì)受到限制。為了使真空電子器件更好地運(yùn)用在毫米波甚至亞毫米波領(lǐng)域，帶狀電子注受到了研究者們的青睞。與傳統(tǒng)圓型電子注相比，帶狀電子注有如下顯著優(yōu)勢(shì)：帶狀束作為電子注源，使得輸入電流和電子注截面寬度成正比，即輸入功率隨注寬度增加而增加。電流密度不變時(shí)，將半徑 0.1mm的圓形電子注替換為兩倍寬度的帶狀電子束，則輸入功率增大 2.5 倍，而替換為 4倍寬度的帶狀束，輸入功率增大 5 倍之多。因此，帶狀束電真空器件是一種新型
本文編號(hào)：3412639
【文章來(lái)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(yè)數(shù)】：105 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
電磁波波譜圖
圖 1-2 毫米波及太赫茲波的大氣衰減特性圖毫米波在軍事和民用方面的應(yīng)用[8, 9]如下：首先是毫米波雷達(dá)。波長(zhǎng)短，更高精度的定位，可以探測(cè)更小的目標(biāo)，是理想的低空防御系統(tǒng)。其次通信方面。波長(zhǎng)短且頻帶寬，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，及更好的保密，毫米波制導(dǎo)。由于毫米波介于微波與紅外波之間，具有它們的制導(dǎo)優(yōu)兼有自身的天線副瓣低優(yōu)點(diǎn)，因此毫米波制導(dǎo)成為導(dǎo)彈系統(tǒng)的首取。第對(duì)抗方面。毫米波能夠穿透云霧實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天后工作；能夠穿透戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和避開敵方攔截、監(jiān)測(cè)[10]。第五，大功率的毫米波可作輻射武器和大功率毫米波雷達(dá)。高功率微波可以用來(lái)驅(qū)散非法游行、眾鬧事的人群；當(dāng)功率密度高達(dá)一定程度時(shí)能夠狠狠打擊敵方的毫米波系統(tǒng)等。第六，毫米波穿透力強(qiáng)，能夠穿透脂肪、陶瓷、布料、塑料，檢測(cè)等。除了上述應(yīng)用外，毫米波在其他方面還有其獨(dú)特的用途，例如醫(yī)療行業(yè)波成像技術(shù)，一種無(wú)損成像技術(shù)，可用來(lái)檢測(cè)腫瘤、癌癥及其它病灶等
圖 1-3 行波管結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)入二十一世紀(jì)來(lái)，社會(huì)的發(fā)展速度加快，即將進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)于更高功率、更高頻率的電真空器件的需求也更為迫切。然而，常規(guī)的圓形電子注電真空器件發(fā)展遇到了障礙。隨著真空器件的工作頻率提高，趨膚深度（ 2 s）隨之減少，導(dǎo)致單位長(zhǎng)度損耗增大，器件增益和效率降低。另外由于尺寸共渡效應(yīng)，高頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸將變得非常小，其內(nèi)部傳輸電子注的電子注通道尺寸也很小，進(jìn)而導(dǎo)致電子注尺寸會(huì)更小。如此將會(huì)導(dǎo)致：（1）電子注尺寸越小會(huì)使得電子空間電荷力越強(qiáng)，增加聚焦電子注的難度；（2）電子注尺寸變小會(huì)使得電流密度增大，功率容量必然會(huì)受到限制。為了使真空電子器件更好地運(yùn)用在毫米波甚至亞毫米波領(lǐng)域，帶狀電子注受到了研究者們的青睞。與傳統(tǒng)圓型電子注相比，帶狀電子注有如下顯著優(yōu)勢(shì)：帶狀束作為電子注源，使得輸入電流和電子注截面寬度成正比，即輸入功率隨注寬度增加而增加。電流密度不變時(shí)，將半徑 0.1mm的圓形電子注替換為兩倍寬度的帶狀電子束，則輸入功率增大 2.5 倍，而替換為 4倍寬度的帶狀束，輸入功率增大 5 倍之多。因此，帶狀束電真空器件是一種新型
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