休斯型耦合腔行波管慢波结构冷特性参量的仿真与计算

摘要

行波管具有宽频带、高效率、大功率等特点，目前已经成为现代电子战中最重要的一种真空器件。行波管作为高功率、宽频带的微波源和重要的微波信号放大器，在相关行业中处于不可替代的地位。现代卫星通信、空间通信、相控阵雷达等技术的发展又从小型化、高寿命、高可靠性等方面对行波管提出了更高的要求。
　　行波管主要分为螺旋线行波管和耦合腔行波管，休斯型耦合腔行波管又是目前使用比较广泛的耦合腔行波管。它有着高功率、高稳定性、散热好等螺旋线行波管所不能相比的特性。其慢波结构（SWS）的冷特性参量是耦合阻抗和色散特性，它们是休斯型耦合腔行波管研究和设计中尤其重要的参量，因为它确定了整个行波管的工作电压、频带范围、效率与增益。
　　由于行波管工作的频率很高，因此行波管慢波结构的尺寸非常精细，这给设计工作带来了很大的难度。为了节约设计成本并提高设计效率，现在的行波管设计工作大量引入了计算机模拟技术。在行波管设计行业中，计算机模拟技术可以应用到行波管设计的每个环节中。
　　本文首先介绍了色散特性和耦合阻抗的定义、理论计算方法。并介绍了色散特性的实验测量方法：行波法和谐振法。对比分析两种实验测试方法，并根据实际条件选择谐振法，通过矢量网络分析仪对耦合腔行波管的色散特性进行测量，得到布里渊图。同时介绍了耦合阻抗的两种测量方法：谐振微扰法和非谐振微扰法。并利用CST-MWS和HFSS仿真软件对休斯型耦合腔行波管高频系统进行了建模、仿真，给出了相应的色散特性和耦合阻抗曲线。对比实验测量和仿真计算所测得色散特性曲线,发现仿真计算更接近于工作状态。计算给出了休斯型耦合腔行波管慢波结构的关键参数对色散特性和耦合阻抗的影响规律和变化曲线。为提高实际行波管产品的水平提供了一定的参考价值。

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第一章 引言

1.1 行波管的发展历史

1.2 课题研究背景和意义

1.3 行波管慢波结构的发展状况

1.4 微波管CAD技术的发展

1.5 本学位论文的主要工作

1.6 论文安排

第二章 耦合腔行波管

2.1 耦合腔行波管的基本结构

2.2 耦合腔行波管的工作原理

2.3 耦合腔行波管的分类和应用

2.4 本章小结

第三章 行波管慢波结构的冷特性参量

3.1 色散特性

3.2 耦合阻抗

3.3 本章小结

第四章 色散特性和耦合阻抗的测量方法

4.1 色散特性的测量方法

4.2 谐振法实测色散特性曲线

4.3 耦合阻抗的测量方法

4.4 本章小结

第五章 休斯型耦合腔行波管冷特性参量的仿真计算

5.1 冷特性参量测量的三种方法

5.2 休斯型耦合腔行波管建模

5.3 参数改变对冷参量的变化趋势

5.4 实际研制过程中的应用

5.5 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献