宽带毫米波螺旋线慢波结构的研究

摘要

螺旋线慢波结构是使用最早的慢波结构之一，由于其十分宽的频带特性被广泛应用于宽频带行波管的设计中，具有宽频带、大功率、高效率以及高增益等特点，尤其可与固态放大器件和电子功率调谐器一起形成微波功率模块(MPM)或者毫米波功率模块（MMPM），被大量应用于雷达、航天、通信、电子对抗等领域。随着军事电子技术的发展，需要螺旋线行波管具有更宽的频带，更高的功率，更高的频率，更长的寿命以及更小的尺寸等特点，因此深入而详细地对螺旋线慢波结构进行研究具有重要的理论价值和现实意义。本文针对宽带毫米波螺旋线慢波结构进行了研究，主要工作如下：
　　1.为了改善螺旋线慢波结构的色散特性，拓展工作带宽，基于色散成型技术，对慢波结构进行金属加载和脊加载，利用三维电磁仿真软件 HFSS设计了工作在18-40GHz频段范围内的脊加载螺旋线慢波结构和工作在26.5~40GHz频段范围内的T形翼片加载的螺旋线慢波结构，详细地分析了高频结构尺寸参数的变化对高频特性的影响。进行尺寸优化，得到平坦的色散曲线和较高的耦合阻抗。
　　2.对18~40GHz螺旋线行波管互作用系统进行了设计，采用脊加载螺旋线作为慢波结构，基于螺距跳变技术，采用2.5维大信号互作用程序对其进行注-波互作用的模拟计算。设置工作电压为9700V，工作电流为170mA，比较不同螺距跳变方案对注-波互作用的影响，结果表明：采用均匀螺距整管基波输出功率达到180W以上，电子效率大于11％，增益大于35dB，二次谐波小于-6dB；采用螺距跳变后基波输出功率和基波电子效率有较大提高。
　　3.对26.5~40GHzMMPM用小型化行波管进行了设计，采用 T形翼片加载的螺旋线作为慢波结构，采用2.5维大信号互作用程序考察了工作参数对注-波互作用特性的影响。设计了一种管长为70mm，输出功率大于55W，电子效率大于7%，增益在20dB左右的小型化行波管。经过进一步优化，管长缩短为60mm,电流变为90mA，输出功率大于54W，电子效率大于6.4%，增益大于20dB。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 行波管概述

1.3 毫米波行波管的发展概况

1.4 本论文的主要工作及组织结构

第二章 螺旋线行波管的理论基础

2.1 引言

2.2 螺旋线慢波结构的工作原理

2.3 色散成型技术

2.4 注-波互作用的理论分析计算

第三章 脊加载宽带螺旋线慢波结构的研究

3.1 引言

3.2 模型的建立

3.3 脊加载螺旋线慢波结构高频特性的研究

3.4 注-波互作用的计算

3.5 小结

第四章 MMPM用小型化螺旋线慢波结构的研究

4.1 引言

4.2 模型的建立

4.3 尺寸参数的变化对高频特性的影响

4.4 注-波互作用的计算

4.5 小结

第五章 总 结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果