新型螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、螺旋線行波管具有寬頻帶、高功率、高效率以及高增益等特點，尤其可與固態(tài)放大器件和電子功率調(diào)諧器一起形成超級性能的微波功率模塊(MPM)，被大量應(yīng)用于雷達(dá)、電子對抗、通信等領(lǐng)域。螺旋線慢波結(jié)構(gòu)是行波管的核心部件之一，其作用是降低電磁波的相速以使其相速與電子注速度同步，從而實現(xiàn)能量交換，但是由于其散熱能力的限制，螺旋線行波管一般工作在中小功率的水平。隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展，需要螺旋線行波管具有更寬的頻帶，更高的功率，更高的頻率，更長的壽命以及

2、更小的尺寸等特點，因此深入而詳細(xì)地對螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進行研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。本論文主要采用模擬仿真和實驗測試的手段對新型螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進行深入的研究。主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　1、為了提高螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的散熱能力，從而提高毫米波螺旋線行波管的平均輸出功率，提出了一種開槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，建立了該結(jié)構(gòu)的熱分析模型，并對其熱形變情況進行模擬分析。熱分析結(jié)果表明：在相同條件下，開槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)比常規(guī)螺旋線慢波結(jié)構(gòu)具有更高的

3、散熱能力，更小的熱形變。設(shè)計了Ka波段開槽螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)、耦合結(jié)構(gòu)，并采用CST軟件建立了具有集中衰減器和切斷的三維注-波互作用模型，對非線性的注-波互作用過程進行了模擬計算。計算結(jié)果表明：在27.5GHz~32.5GHz范圍內(nèi)，開槽螺旋線行波管的平均輸出功率大于700W，對應(yīng)的增益和電子效率分別大于41.1dB和19％。該結(jié)構(gòu)的提出，對研制大功率高可靠的毫米波螺旋線行波管具有積極的推動作用。另外，為提高開槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的耦合

4、阻抗，在本章的最后提出了一種雙夾持開槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，并對其注-波互作用特性進行了研究。
　　2、為克服介質(zhì)夾持桿易斷以及寬帶螺旋線行波管增益波動大等難題，提出了一種具有金屬內(nèi)芯的介質(zhì)夾持桿。本章詳細(xì)研究了這種新型夾持桿的加工方法，并把這種夾持桿應(yīng)用到螺旋線慢波結(jié)構(gòu)中。利用該新型夾持桿螺旋線慢波結(jié)構(gòu)完成了 V波段互作用電路的設(shè)計。研究結(jié)果表明：與常規(guī)夾持桿相比，該新型夾持桿具有更好的柔韌性，因此在慢波結(jié)構(gòu)裝配時不容易斷裂；同時，夾

5、持桿中加載的金屬內(nèi)芯還起到翼片加載的作用，可以改善慢波結(jié)構(gòu)的色散特性。當(dāng)電子注電壓為13100V，電流為60mA時，在53GHz~68GHz范圍內(nèi)，輸出功率大于80W，增益大于39dB，電子效率大于10.3%，最重要的是在15GHz范圍內(nèi)，增益波動只有0.7dB。該結(jié)構(gòu)的提出為發(fā)展寬頻帶低增益波動以及高可靠毫米波行波管提供了一個新的解決方案。
　　3、為解決毫米波螺旋線行波管不易加工、裝配的困難，并結(jié)合平面微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的特點

6、，創(chuàng)新性地提出了一種卷繞微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)。詳細(xì)研究了這種結(jié)構(gòu)的加工方法，并利用該結(jié)構(gòu)完成了 V波段互作用電路的設(shè)計。計算結(jié)果表明：在58GHz~63GHz范圍內(nèi)，卷繞微帶曲折線行波管的峰值輸出功率大于130W,相應(yīng)的增益和電子效率分別大于31.6dB和8.2%。
　　4、采用T型夾持桿螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，并利用螺距跳變技術(shù)，成功地設(shè)計了低諧波倍頻程螺旋線行波管的慢波電路。計算結(jié)果表明：在一個倍頻程帶寬內(nèi)，基波輸出功率大于250W，二

7、次諧波小于-7dB。對所設(shè)計的無截獲柵控電子槍進行了熱分析和熱應(yīng)力分析，給出了電子槍的裝配距離等關(guān)鍵參數(shù)。最后，我們提出了一種新的抑制二次諧波的方法—磁場跳變技術(shù)。計算結(jié)果表明：該技術(shù)可把低頻端的二次諧波抑制到-11.32dB以內(nèi)，對應(yīng)的基波功率大于300W。
　　5、低諧波倍頻程螺旋線行波管的實驗測試。根據(jù)本文設(shè)計的方案，分別加工和裝配了電子光學(xué)樣管和整管。首先，對電子光學(xué)樣管的流通率進行了實驗測試。結(jié)果表明：樣管的流通率達(dá)到了