Q波段折疊波導行波管的設計.pdf

1、近年來,微波管研究的學者都把目光聚集到一種新型的慢波線結構——折疊波導（曲折波導）慢波線。它是一種全金屬結構，具有功率大、工作頻帶寬的優(yōu)點。以這種慢波線結構研制的行波管可以作為一種毫米波、甚至亞毫米波小型輻射源。隨著微波真空器件高速發(fā)展大功率、寬頻帶的毫米折疊波行波管在軍事、衛(wèi)星、通信等方面得到了廣泛應用。目前國外通訊、雷達與衛(wèi)星數(shù)據(jù)中繼已經(jīng)擴展到 Q波段折疊行波管。相對于其他波段的行波管，這一波段的信號抗干擾能力強，不易被截獲，為此能

2、極大的提升軍事電子裝備通訊系統(tǒng)的安全性。國內(nèi)在此頻段的很多研究都不能達到寬帶寬，高功率的輸出，從而不能滿足現(xiàn)代軍事的需求。由此可見Q波段折疊行波管研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　針對國內(nèi) Q波段折疊行波管的發(fā)展緩慢現(xiàn)狀，本文設計一只工作在43.5GHz-45.5GHz的折疊波導行波管，在工作頻帶內(nèi)整管效率為25％，輸出功率大于150瓦，整管的增益大于30dB，本文的主要內(nèi)容為：
　　1、根據(jù)Q波段折疊行波管工作參數(shù)，如電子槍的

3、工作電壓、電流、以及陰極表面的電流密度等。計算出適合的電子槍尺寸，在烏克蘭軟件ORION中仿真優(yōu)化出一把合適電子槍。此電子槍的射程大于20mm，注腰半徑約為0.2mm。
　　2、根據(jù)曲折波導行波管工作的頻率，設計符合行波管工作的慢波線結構，并分析了慢波線中各尺寸對高頻特性的影響。根據(jù)慢波線得到的高頻特性，在ORION軟件中進行注波互作用的模擬。模擬結構顯示，行波管工作頻帶內(nèi)的輸出功率/增益等都超過了預期的要求，說明了慢波線設計的合

4、理性。在此過程中對于慢波線各尺寸的優(yōu)化需要耐心，優(yōu)化過程中要考綜合考慮慢波線色散特性和耦合阻抗，來得出適合的慢波線尺寸。
　　3、根據(jù)電子槍工作電壓以及電子束半徑等參數(shù)對周期永磁聚焦系統(tǒng)（PPM）進行設計。通過確定PPM的周期L和軸向磁場的強度，對其他的尺寸進行估算，將得到的 PPM在 FEMM軟件中進行仿真優(yōu)化，最后把合適的磁場加在電子束上驗證。如果模擬結果顯示，電子束層流性好，包絡脈動也小，這說明了本設計的可行性。