回旋行波管高頻結構與雙頻回旋行波管的研究與設計.pdf

1、回旋行波管是一種能夠在微波毫米波以及太赫茲波段產生高功率、高增益以及寬帶寬的相對論非線性電真空器件。在毫米波雷達、電子對抗、高速通信、等離子體加熱、材料處理、農作物脫水等方面有著十分廣闊的應用前景，受到各國研究機構的高度重視。高頻互作用結構是回旋行波管最核心的部件之一，是注-波互作用最主要發(fā)生的場所，同時也是競爭模式起振的場所。早期的回旋行波管由于采用光滑波導作為互作用結構，其效率、帶寬以及增益等性能嚴重受到各種競爭模式的制約，導致回旋

2、行波管的發(fā)展長期滯后于其他回旋器件。通過對競爭模式起振機理的研究，科學家們提出了許多互作用電路來抑制競爭模式，其中介質加載高頻結構是發(fā)展最快，應用最廣也是發(fā)展較為成熟的一類高頻互作用結構，在實驗中取得了非常不錯的效果。本論文在國家專項基金(2013ZX01011001)資助下，展開了對W波段TE01模式介質加載回旋行波管高頻結構的研究，研究工作主要如下：
　　1.通過小信號以及大信號理論，對W波段回旋行波管高頻結構展開了理論設計；

3、
　　2.利用場匹配理論對介質加載高頻結構工作模式以及競爭模式的損耗特性進行研究，挑選出適合W波段回旋行波管的損耗陶瓷介質參數，使得介質對競爭模式損耗較大的情況下，對工作模式的損耗處于最低值；
　　3.用自洽非線性理論以及PIC仿真研究回旋行波管的穩(wěn)定性，并預測所設計結構的輸出性能;
　　4.對W波段回旋行波管的高頻組件進行冷測實驗研究，并對組裝以后的器件進行熱測實驗，將實驗結果與理論分析結果相對比，分析熱測實驗中存在

4、的一些問題，并提出解決方案。
　　雖然回旋行波管在近些年取得了非常大的進步，并取得了很好的整機應用。但是由于先進性雷達以及電磁干擾機能夠同時工作于很寬的頻段范圍，甚至于跨頻帶工作，所以傳統(tǒng)的回旋行波管已經不能滿足其對微波源的要求。本文基于這種需求，在國家自然基金(61671136)資助下同時開展了雙頻雙?；匦胁ü艿难芯?，主要包括以下幾個方面：
　　1.對雙頻雙?；匦胁ü苓M行了可行性研究報告，得出選擇TE11/TE01兩種

5、工作模式前提下，所設計的回旋行波管能夠實現雙頻工作；
　　2.對雙頻雙?；匦胁ü艽趴刈⑷胧诫娮訕?，高頻互作用電路，以及輸出窗等關鍵部件從理論以及仿真上進行了初始設計。
　　回旋振蕩管是另外一種重要的回旋器件，是唯一被證實能成功應用于國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃中等離子體加熱的器件。同時由于回旋振蕩管輸出性能穩(wěn)定，所以在工業(yè)材料加熱等方面也有著非常重要的應用，本文在德國 KIT相關項目的支持下，研究和設計了28 GHz