X波段大功率行波管新型慢波结构的研究

摘要

行波管是一种很重要的真空电子器件，它作为信号放大设备广泛应用在通信卫星和军事雷达中。比较常见的行波管有两种，一种是耦合腔行波管，另一种是螺旋线行波管。螺旋线行波管的优点是具有较宽的带宽，但是耦合腔行波管是采用全金属结构，使得它不仅具有牢固的结构和极强的散热能力，同时具有高功率和高增益的优势。因此，耦合腔行波管的研究仍然具有很重要的意义。
　　本文主要研究一种大功率行波管新型慢波结构：脊加载单孔交错耦合矩形耦合腔慢波结构。对比传统的非脊加载矩形耦合腔结构，该结构具有耦合阻抗高且频带与之相当的特点，更有利于行波管的小型化；与双孔耦合矩形耦合腔慢波结构行波管相比，单孔交错耦合矩形耦合腔慢波结构行波管具有更高的耦合阻抗。本文具体工作如下：
　　1.对该新型慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行了仿真结算，得到了各个结构尺寸对高频特性的影响规律，并在此基础上优化了慢波结构的尺寸。此外，文章还对匹配于脊加载单孔交错耦合矩形耦合腔慢波结构行波管的输入输出结构、衰减器以及盒型窗进行了仿真设计，得到了高频系统的传输特性。模拟结果显示整个高频系统的驻波系数在工作频带内小于1.6。
　　2.对该慢波结构行波管的注-波互作用进行了模拟。在模拟过程中，我们设置划分的网格数为1065672，设置的粒子数为340136。CST仿真结果显示，在工作频带8.6GHz到9.5GHz范围内，电子效率超过17％。当电子注电压设置在25.95kV到26.95kV，电流为5A时，输出功率超过20kW，增益大于38dB。
　　3.根据研究的结果加工了X波段脊加载交错耦合矩形耦合腔慢波结构行波管的高频系统，包括慢波线、输入输出结构、盒型窗，并对其进行了冷测。测试结果显示，在工作频带8.6GHz到9.5GHz内，整个高频结构的驻波比均小于2。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 微波电真空器件的概述

1.3 行波管的概述

1.4 本论文的结构综述

第二章 耦合腔行波管的理论

2.1 引言

2.2 耦合腔行波管

2.3 耦合腔慢波系统的特性

2.4 小结

第三章 脊加载交错耦合矩形耦合腔慢波结构的高频特性

3.1 引言

3.2 矩形耦合腔慢波结构的设计

3.3 矩形耦合腔慢波结构的工作模式

3.4 色散特性和耦合阻抗的仿真

3.5 小结

第四章 X波段脊加载单孔交错矩形耦合腔行波管的设计

4.1 引言

4.2 慢波系统的周期

4.3 耦合系统的设计

4.4 衰减器的设计

4.5 整体模型及其仿真结果

4.6 频带内各频点仿真结果

4.7 小结

第五章 X波段大功率行波管高频系统的实验研究

5.1 引言

5.2 各部件的加工与组装

5.3 实验测试与讨论

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 下一步的工作计划

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果