W波段折叠波导行波管的研制

摘要

随着毫米波技术的发展，迫切需要有能够提供一定带宽与功率的毫米波放大器件。毫米波频率非常高，很小的相对带宽就能提供非常宽的绝对工作带宽，目前的星地通信链路在尝试使用毫米波作为载波进行卫星与地面站的通信工作，同时因高精度雷达的要求，也要使用到毫米波。毫米波频段在大气中存在着的衰减比较大的三个衰减峰，频率分别为60GHz、120GHz、180GHz，由于在大气中的衰减高达 15dB/km，所以地面无法截获，可以作为卫星中继的载波。同时也存在着四个衰减较小的大气窗口，频率分别为35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz，由于毫米波的波束较窄，比较适用于点对点的高速数据传输，正在部署的5G网络就将毫米波视作关键核心技术。W波段处于94GHz的大气窗口处，其在通信、雷达电磁对抗方面有着很大的应用前景，而毫米波行波管是用于信号放大的比较理想的器件，折叠波导行波管更是解决了传统行波管散热性能差，加工困难的问题。目前折叠波导行波管在毫米波器件的竞争优势非常大，本文就涉及了一支工作频率为81GHz~86GHz，输出脉冲波功率为100W，效率为25%的W波段折叠波导行波管，主要的研究工作有以下几个方面： 设计行波管的电子光学系统。我们分析总结了电子光学系统中包括电子枪、聚焦系统以及收集极的设计理论与方法，根据具体的技术要求，以用初始数值计算得到大致结构参数，再使用专业设计软件进行优化仿真的设计流程，设计了一个工作于本文W波段行波管的电子光学系统。 折叠波导慢波线。首先理论分析了折叠波导慢波结构的高频特性，使用MATLAB根据输入的技术要求计算了初步的慢波线的结构参数，并使用HFSS分析了折叠波导慢波线各结构参数对高频特性的影响，再用TAU计算互作用结果，最后在以 HFSS 优化慢波结构，TAU 计算作用的迭代中完成折叠波导慢波线的设计。 输入输出能量耦合装置，衰减器。结合等效电路和模式匹配的方法理论分析输入输出能量耦合装置，衰减器，最终运用HFSS完成结构的优化设计。

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