Ka波段矩形耦合腔行波管研究.pdf

1、行波管是一種重要的大功率微波、毫米波電真空器件，自發(fā)明以來(lái)，在遠(yuǎn)距離通訊、雷達(dá)等領(lǐng)域一直有著重要的應(yīng)用價(jià)值。常用的行波管有兩種，一種是螺旋線行波管，一種是耦合腔行波管，行波管的工作帶寬和輸出功率都是半導(dǎo)體器件難以企及的。
　　本文研究了一種矩形耦合腔行波管，其高頻系統(tǒng)采用周期矩形耦合腔鏈結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)帶槽耦合的矩形膜片耦合腔鏈型慢波系統(tǒng)是從根本上降低慢波系統(tǒng)零件軸線幾何尺寸公差的苛刻要求的方法之一。這種系統(tǒng)的電動(dòng)特性與傳統(tǒng)的圓膜片系統(tǒng)

2、相同，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可承受很大的熱負(fù)荷。它在結(jié)構(gòu)上由一塊體積很大的開(kāi)槽銅殼和一組帶耦合窗的矩形膜片構(gòu)成，其中矩形膜片被插入銅殼中預(yù)先加工好的槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)可保證諧振腔電動(dòng)參數(shù)在慢波系統(tǒng)長(zhǎng)度上的高度均勻性，而且在裝配慢波系統(tǒng)各段時(shí)可以限定公差變化范圍。同樣也可考慮通過(guò)挑選膜片來(lái)裝配慢波系統(tǒng)，這樣就能在整個(gè)器件最終裝配之前進(jìn)行“冷”測(cè)量并調(diào)整好單個(gè)諧振腔的參數(shù)。
　　本文首先采用微擾理論分析了矩形耦合腔慢波系統(tǒng)中相鄰諧振腔之間的

3、耦合度，通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析了諧振腔和耦合槽幾何尺寸對(duì)慢波系統(tǒng)的色散特性、耦合阻抗等特性的影響。
　　在慢波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電磁仿真技術(shù)是減小設(shè)計(jì)時(shí)間、提高設(shè)計(jì)效率的有效方法，可以大大節(jié)約多次試驗(yàn)帶來(lái)的成本壓力。本文采用CST微波工作室對(duì)矩形耦合腔慢波系統(tǒng)的色散曲線、耦合阻抗等冷腔特性進(jìn)行了電磁仿真分析。分析了慢波系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電磁特性的影響，獲得了慢波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)。
　　然后采用CST粒子工作室對(duì)矩形耦合腔行波管

4、中電子注與電磁波的注波互作用進(jìn)行了粒子模擬。通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，使行波管能夠獲得大功率輸出。但同時(shí)在粒子模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自激振蕩的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，在慢波系統(tǒng)中引入了衰減器。通過(guò)粒子模擬，分析了衰減器導(dǎo)電率、數(shù)量和位置對(duì)損耗和輸出功率的影響。結(jié)果表明，引入衰減器后，自激振蕩得到有效的抑制，行波管能夠獲得穩(wěn)定的功率輸出，頻譜特性得到改善。
　　經(jīng)過(guò)理論分析、數(shù)值計(jì)算、電磁仿真與粒子模擬，本文對(duì)矩形耦合腔行波管進(jìn)行了研究，獲得了Ka波段