矩形波導(dǎo)柵行波放大器的研究.pdf

1、行波管是微波電真空器件中最主要的器件，廣泛應(yīng)用于毫米波雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)通信、電子對抗、遙感、輻射測量等領(lǐng)域，它的性能直接決定著武器裝備的水平，因此對新型高功率短毫米波行波管的研究具有很重要的現(xiàn)實意義。本文從理論和實驗兩方面對一類新型的矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究。主要工作和創(chuàng)新點如下： 一、研究了存在邊墻的雙矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)。首先分析了結(jié)構(gòu)尺寸對色散和耦合阻抗的影響；然后研究結(jié)構(gòu)的趨膚損耗效應(yīng)，得出槽深度和柵周期的比

2、值決定了損耗的大??；最后建立了雙矩形波導(dǎo)柵行波管的注—波互作用線性理論模型，研究了此類行波管的小信號增益特性。 二、為了在槽深度一定的前提下，降低相速，展寬頻帶，研究了脊、階梯加載矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)，獲得了其色散方程和耦合阻抗的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值計算研究了此類慢波線的電磁波傳輸特性。 三、提出了在矩形波導(dǎo)柵的頂板上加載介質(zhì)層以增加其帶寬的建議，在理論上分析了介質(zhì)參數(shù)對介質(zhì)加載矩形波導(dǎo)柵慢波線高頻特性的影響，以及

3、用線性理論模型研究了這些參數(shù)對此類行波管性能的改變。 四、提出了分析任意槽矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)的一種普遍分析方法，這一方法不僅適合于矩形槽柵慢波結(jié)構(gòu)的分析，也適合于梯形、燕尾形、余弦形槽等的分析；利用此方法獲得了任意槽矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)的普遍色散方程和耦合阻抗表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上，研究了槽的形狀對矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)的高頻特性的影響；同時，建立了分析任意槽矩形波導(dǎo)柵行波管的注—波互作用線性理論模型，研究了槽形狀對小信號增益的影響。

4、 五、從實驗方面探討了槽形狀對矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)高頻特性的影響以及輸入輸出結(jié)構(gòu)的耦合問題。采用分步加工的方法，成功制作了梯形、矩形、燕尾形槽慢波結(jié)構(gòu)模型，對這些模型的色散特性進(jìn)行了測量，測試結(jié)果驗證了理論分析的正確性。同時，設(shè)計了工作在8mm、3mm波段的帶輸入輸出結(jié)構(gòu)的矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)，并制作實驗?zāi)Ｐ停瑴y得其駐波系數(shù)、S11參數(shù)以及色散曲線，結(jié)果與模擬值吻合良好。 六、為了進(jìn)一步降低相速，研究了內(nèi)開槽矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)，

5、用三維電磁模擬軟件進(jìn)行模擬，分析了結(jié)構(gòu)尺寸對其色散特性和耦合阻抗的影響。 七、為了實現(xiàn)管內(nèi)功率合成，提出了多排柵結(jié)構(gòu)——光子晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多電子束工作。為了分析這種結(jié)構(gòu)，提出了以平面波展開法為基礎(chǔ)的基于積分方程的混合平面波展開法，通過數(shù)值計算求得了其色散特性和帶結(jié)構(gòu)。 八、在介質(zhì)加載圓柱波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，研究了介質(zhì)加載矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。首先采用等效電路和場匹配的方法給出了介質(zhì)加載矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的色散方程和場分布，并通過