新型曲折類慢波結構毫米波行波管的研究.pdf

1、毫米波行波管作為一種重要的真空電子器件,具有頻帶寬,功率大以及體積小等優(yōu)點,可廣泛應用于微波通信、雷達、空間探測以及電子對抗等領域。作為行波管的核心部件,慢波結構在很大程度上決定了行波管的性能,因此對新型慢波結構的研究和探索具有十分重要的意義。兩種傳統(tǒng)的慢波結構—螺旋線和耦合腔雖然已經(jīng)廣泛應用于毫米波行波管,但功率容量和工作帶寬之間的矛盾限制了它們的發(fā)展。曲折波導作為一種新型全金屬慢波結構,很好地彌補了螺旋線和耦合腔的不足,具有功率容量

2、大,帶寬相對較寬的特點,成為近年來國內(nèi)外研究的熱點,在毫米波、亞毫米波以及太赫茲波段都具有廣闊的應用前景。
　　本論文從W波段曲折波導行波管的設計和實驗出發(fā),重點研究了幾種新型曲折類慢波結構。采用理論分析,軟件模擬和實驗測試相結合的方法,對這幾種慢波結構進行了深入地研究。本論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　1.針對常規(guī)曲折波導慢波結構耦合阻抗較低的缺陷,利用新型脊加載曲折波導慢波結構設計了W波段連續(xù)波行波管,并進行了高頻特性

3、模擬和大信號互作用模擬。模擬結果顯示,與常規(guī)曲折波導慢波結構相比,脊加載曲折波導慢波結構的耦合阻抗在頻帶內(nèi)有20％左右的提高,行波管的輸出功率提高了12.8％,同時,慢波線的飽和長度縮短了近50％。該研究結果為小型化大功率毫米波行波管的研制奠定了基礎。
　　2.在上述理論分析和模擬結果的基礎上,設計加工了W波段脊加載曲折波導行波管的各部件并進行了反射實驗測試,測試結果顯示,各部件和整管的電壓駐波比均能夠滿足行波管的制管要求。在此基

4、礎上,突破了若干加工和裝配的關鍵技術,設計加工了W波段脊加載曲折波導連續(xù)波行波管,并進行了實驗測試。測試結果顯示,在93.5~95GHz的工作頻帶內(nèi),行波管的連續(xù)波輸出功率大于25W,該指標達到了國內(nèi)先進水平。
　　3.針對脊加載曲折波導慢波結構反射損耗較大的缺陷,提出了漸變脊加載曲折波導慢波結構。模擬結果顯示,與脊加載曲折波導慢波結構相比,40個周期的漸變脊加載曲折波導慢波結構的S11參數(shù)降低了2dB,S21參數(shù)增大了0.4dB

5、。在此基礎上,設計了W波段和140GHz漸變脊加載曲折波導行波管,并完成了大信號互作用模擬。結果表明,漸變脊加載曲折波導行波管能夠在一定程度上減小輸出功率的波動,從而提高行波管工作的穩(wěn)定性。
　　4.基于曲折波導慢波結構電場分布的特點,深入研究了加載帶狀電子注的曲折波導行波管,并將橢圓形電子注應用于曲折波導行波管。在此基礎上,設計了加載橢圓形帶狀電子注的W波段曲折波導行波管,并完成了大信號互作用模擬。模擬結果顯示,橢圓形帶狀電子注

6、能夠充分地利用曲折波導慢波結構的縱向電場,在電流密度不變的條件下提高行波管的輸入功率,有利于行波管的輸出功率和電子效率的提高。而在相同的電子注電流下,橢圓形帶狀電子注能夠有效地降低行波管的電流密度,從而降低空間電荷場。
　　5.針對曲折波導慢波結構的電子注通道在較高頻段尺寸小,加工困難等問題,結合對稱雙 V微帶型慢波結構的結構特點,提出了具有天然帶狀電子注通道的曲折框慢波結構。高頻特性模擬結果顯示,與對稱雙 V微帶型慢波結構相比,