新型曲折類慢波結(jié)構(gòu)毫米波行波管的研究.pdf

1、毫米波行波管作為一種重要的真空電子器件,具有頻帶寬,功率大以及體積小等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)、空間探測(cè)以及電子對(duì)抗等領(lǐng)域。作為行波管的核心部件,慢波結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了行波管的性能,因此對(duì)新型慢波結(jié)構(gòu)的研究和探索具有十分重要的意義。兩種傳統(tǒng)的慢波結(jié)構(gòu)—螺旋線和耦合腔雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于毫米波行波管,但功率容量和工作帶寬之間的矛盾限制了它們的發(fā)展。曲折波導(dǎo)作為一種新型全金屬慢波結(jié)構(gòu),很好地彌補(bǔ)了螺旋線和耦合腔的不足,具有功率容量

2、大,帶寬相對(duì)較寬的特點(diǎn),成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),在毫米波、亞毫米波以及太赫茲波段都具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文從W波段曲折波導(dǎo)行波管的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)出發(fā),重點(diǎn)研究了幾種新型曲折類慢波結(jié)構(gòu)。采用理論分析,軟件模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,對(duì)這幾種慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入地研究。本論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.針對(duì)常規(guī)曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)耦合阻抗較低的缺陷,利用新型脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了W波段連續(xù)波行波管,并進(jìn)行了高頻特性

3、模擬和大信號(hào)互作用模擬。模擬結(jié)果顯示,與常規(guī)曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)相比,脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗在頻帶內(nèi)有20％左右的提高,行波管的輸出功率提高了12.8％,同時(shí),慢波線的飽和長(zhǎng)度縮短了近50％。該研究結(jié)果為小型化大功率毫米波行波管的研制奠定了基礎(chǔ)。
　　2.在上述理論分析和模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)加工了W波段脊加載曲折波導(dǎo)行波管的各部件并進(jìn)行了反射實(shí)驗(yàn)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示,各部件和整管的電壓駐波比均能夠滿足行波管的制管要求。在此基

4、礎(chǔ)上,突破了若干加工和裝配的關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)加工了W波段脊加載曲折波導(dǎo)連續(xù)波行波管,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示,在93.5~95GHz的工作頻帶內(nèi),行波管的連續(xù)波輸出功率大于25W,該指標(biāo)達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
　　3.針對(duì)脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)反射損耗較大的缺陷,提出了漸變脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果顯示,與脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)相比,40個(gè)周期的漸變脊加載曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的S11參數(shù)降低了2dB,S21參數(shù)增大了0.4dB

5、。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了W波段和140GHz漸變脊加載曲折波導(dǎo)行波管,并完成了大信號(hào)互作用模擬。結(jié)果表明,漸變脊加載曲折波導(dǎo)行波管能夠在一定程度上減小輸出功率的波動(dòng),從而提高行波管工作的穩(wěn)定性。
　　4.基于曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)電場(chǎng)分布的特點(diǎn),深入研究了加載帶狀電子注的曲折波導(dǎo)行波管,并將橢圓形電子注應(yīng)用于曲折波導(dǎo)行波管。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了加載橢圓形帶狀電子注的W波段曲折波導(dǎo)行波管,并完成了大信號(hào)互作用模擬。模擬結(jié)果顯示,橢圓形帶狀電子注

6、能夠充分地利用曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的縱向電場(chǎng),在電流密度不變的條件下提高行波管的輸入功率,有利于行波管的輸出功率和電子效率的提高。而在相同的電子注電流下,橢圓形帶狀電子注能夠有效地降低行波管的電流密度,從而降低空間電荷場(chǎng)。
　　5.針對(duì)曲折波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的電子注通道在較高頻段尺寸小,加工困難等問題,結(jié)合對(duì)稱雙 V微帶型慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了具有天然帶狀電子注通道的曲折框慢波結(jié)構(gòu)。高頻特性模擬結(jié)果顯示,與對(duì)稱雙 V微帶型慢波結(jié)構(gòu)相比,