大功率毫米波折疊波導(dǎo)行波管的研究.pdf

1、在毫米波和更高頻段，真空電子器件是一種具有不可替代價(jià)值的大功率輻射源，而行波管是其中輕質(zhì)便攜、功率適中的代表，被廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。一直以來螺旋線和耦合腔行波管占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是隨著工作頻率的不斷提高，散熱和加工等問題對(duì)傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)和行波管提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，尋求與更高頻段相適應(yīng)的新型慢波結(jié)構(gòu)行波管是解決這一難題的關(guān)鍵途徑。其中，折疊波導(dǎo)行波管展現(xiàn)了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。本論文以大功率毫米波折疊波導(dǎo)行波管

2、為選題，從慢波結(jié)構(gòu)的理論分析、設(shè)計(jì)方法、非線性模擬以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究，主要內(nèi)容有：
　　1.折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的理論研究和設(shè)計(jì)方法。給出了色散特性、耦合阻抗和導(dǎo)體損耗的理論計(jì)算模型，尤其是改進(jìn)了導(dǎo)體損耗的計(jì)算方法，提高了其精確性。從折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性出發(fā)討論了設(shè)計(jì)過程中的物理問題，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了新的適用于大功率折疊波導(dǎo)行波管放大器的綜合設(shè)計(jì)方法。新改進(jìn)的方法可以適應(yīng)高工作電壓、高耦合阻抗的要求，而且快速、

3、有效。通過具體設(shè)計(jì)對(duì)上述理論模型的精確性和設(shè)計(jì)方法的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。
　　2.采用一維非線性理論和三維粒子模擬研究了折疊波導(dǎo)行波管放大器的非線性性能。重點(diǎn)采用粒子模擬對(duì)包括衰減器在內(nèi)的完整互作用電路的大信號(hào)性能進(jìn)行了研究。加深了對(duì)大功率折疊波導(dǎo)行波管中注波互作用機(jī)制的理解。設(shè)計(jì)了Ka波段1kW大功率折疊波導(dǎo)行波管，采用三維粒子模擬對(duì)其性能進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上開展了實(shí)驗(yàn)研究。
　　3.從改善和控制色散特性的角度出發(fā)，提出

4、了一種介質(zhì)加載折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)，理論分析了介質(zhì)加載對(duì)色散特性、耦合阻抗以及線性增益的影響。研究表明：當(dāng)介質(zhì)厚度較小時(shí)（d/a<0.1），改變介電常數(shù)對(duì)耦合阻抗的影響很小，但卻可以明顯地降低相速，同時(shí)色散特性也更為平坦；線性理論分析進(jìn)一步顯示，對(duì)于設(shè)計(jì)好的慢波結(jié)構(gòu)，采用介質(zhì)厚度以及介電常數(shù)都較小的加載方式，則無需重新調(diào)整慢波結(jié)構(gòu)，但卻可以降低工作電壓，和冷腔特性的分析是一致的。因此，介質(zhì)加載折疊波導(dǎo)電路在低電壓、小型化應(yīng)用方面會(huì)有一定價(jià)值