X波段大功率回旋波整流器的研究.pdf

1、電子在恒定導(dǎo)引磁場與交變電磁場中的運(yùn)動(dòng)，即回旋諧振機(jī)制，該機(jī)制廣泛存在并被人們所使用。直到今天，人們?nèi)耘f在不斷努力創(chuàng)新，對新的基于回旋諧振機(jī)制的電子器件展開研究。在這些電子器件中，最為人們所熟知的就是回旋管。事實(shí)上，還存在一些特殊的電子器件，其工作機(jī)理與回旋管略有差別，但同樣是基于回旋諧振工作的，這里面就包含回旋波整流器。
　　回旋波整流器是一種較為特殊的電真空器件，它依靠電子的橫向調(diào)制來工作，具有很高的互作用效率。整個(gè)回旋波整流

2、器包含電子槍，高頻諧振腔，能量轉(zhuǎn)換區(qū)，收集級以及負(fù)載電路這五部分。它可以把輸入的微波能量高效的轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽谖⒉o線輸電技術(shù)中，回旋波整流器是關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)。
　　俄羅斯、美國以及日本很早就對回旋波整流器進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究，并有多種型號(hào)的產(chǎn)品問世。國內(nèi)對回旋波整流器的研究起步較晚，且主要都集中在S波段和C波段，對X波段大功率回旋波整流器的研究尚屬首次。
　　本論文主要對回旋波整流器的高頻諧振腔、能量轉(zhuǎn)換區(qū)以及收集

3、級展開研究，首先采用單電子運(yùn)動(dòng)分析、等效電路法以及CST仿真相結(jié)合的方法，較好的設(shè)計(jì)了高頻諧振腔以及相匹配的能量耦合輸入裝置，并優(yōu)化了電子注與諧振腔之間的匹配，保證了較高的互作用效率。對于能量轉(zhuǎn)換區(qū)，本論文先分析電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，得到了滿足分布要求的磁場，通過Matlab數(shù)值計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，并結(jié)合粒子模擬仿真軟件進(jìn)行對比驗(yàn)證，成功設(shè)計(jì)出了合理的能量轉(zhuǎn)換區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及磁場分布，保證了電子橫向動(dòng)能轉(zhuǎn)換為縱向動(dòng)能的效率。最后通過理論分析與粒子模擬

4、相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了合理的降壓收集級結(jié)構(gòu)與各級電壓，保證了最終的收集效率。成功設(shè)計(jì)出了工作頻率9.2GHz的回旋波整流器，其輸入功率10kW，高頻互作用區(qū)效率為96％，能量轉(zhuǎn)換區(qū)的效率為92%，收集級效率為91%，整體效率為80.3%。
　　此外，本文在考慮功率容量的基礎(chǔ)上，對更高功率的回旋波整流器設(shè)計(jì)展開分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了過模的高頻諧振腔，選定合適的工作模式，并優(yōu)化了過模諧振腔的互作用效率，最終的互作用效率為96%，驗(yàn)證了