毫米波帶狀注擴(kuò)展互作用器件高頻系統(tǒng)研究.pdf

1、小型化的大功率、高效率毫米波器件，在國(guó)防裝備中能夠滿足機(jī)載、星載的需求，其功率量級(jí)是其他器件不可替代的。帶狀束擴(kuò)展互作用振蕩管(SBEIO)的大功率、高效率、小型化、高可靠性使之在星載、機(jī)載毫米波器件方面有著優(yōu)良的表現(xiàn)。
　　本文針對(duì)受均勻高頻場(chǎng)調(diào)制的電子注，在腔體主要互作用區(qū)域經(jīng)過(guò)換能后，注波同步條件被破壞，影響注波互作用效率的問(wèn)題進(jìn)行研究。在Ka波段設(shè)計(jì)一種高效率的9個(gè)互作用間隙的梯形高頻結(jié)構(gòu)。對(duì)這種Ka波段高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷場(chǎng)仿

2、真、粒子模擬仿真和冷腔測(cè)試。均勻高頻場(chǎng)調(diào)制下，在34 kV，3.5A電子注尺寸8 mm×0.6 mm的直流輸入下， SBEIO的輸出功率為21.6 kW，效率18.1％。
　　本文提出了一種逐漸增強(qiáng)的縱向電場(chǎng)分布來(lái)提升注波互作用效率，功率從均勻場(chǎng)仿真的21.6 kW增加到28.1 kW，電子效率從18.1%上升到23.6%。采用相位重匹配技術(shù)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，使互作用效率得到進(jìn)一步提升功率從28.5 kW增加到36 kW，電子效

3、率從23.6%上升到30%。對(duì)優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)的模式競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題進(jìn)行處理，優(yōu)化諧振腔結(jié)構(gòu)，將競(jìng)爭(zhēng)模式π/8模引出諧振腔，成功抑制了模式競(jìng)爭(zhēng)。
　　根據(jù)實(shí)際需求和加工水準(zhǔn)，對(duì)所設(shè)計(jì)的Ka波段SBEIO的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，并采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行冷腔測(cè)試，仿真和冷測(cè)取得較好的一致性，為進(jìn)一步的熱測(cè)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。探究更高頻段、更多互作用間隙、更高橫縱比的帶狀電子束高頻結(jié)構(gòu)。
　　具體在W波段設(shè)計(jì)了一種15個(gè)互作用間隙，帶狀束橫縱比15:

4、1的梯形高頻結(jié)構(gòu)，直流電子注電壓為44.4 kV，電流2 A，電子注尺寸為6 mm×0.4 mm下可得到功率6.7 kW，效率7.5%。對(duì)W波段的設(shè)計(jì)的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，對(duì)加工模型使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行冷測(cè)和整管熱測(cè)，電子流通率高達(dá)99.5%，最終，在輸出48kV，1.8A時(shí)，95.09 GHz的電磁波輸出功率可以達(dá)到2.1 kW。
　　本文探究了提高梯形高頻結(jié)構(gòu)的互作用效率的方法，是大功率、小型化的毫米波源實(shí)現(xiàn)的至關(guān)重要的一步，