X波段自相干高功率微波源的研究.pdf

1、目前，具有高束波轉換效率的高功率微波（HPM）源一般具有較高阻抗，要進一步提高HPM源的單管輸出功率不僅要降低器件阻抗并提高功率容量，還要保證工作電流低于空間極限電流?；谝陨峡紤]，該論文提出并研究了 X波段自相干高功率微波源，其特點是能夠在一個微波源中同時輸出兩路鎖頻鎖相的高功率微波。該微波源采用了雙同軸環(huán)狀陰極，能夠同時發(fā)射內(nèi)外兩束同軸環(huán)狀電子束，同時驅(qū)動內(nèi)外兩個子高功率微波源。其優(yōu)點在于不僅能夠降低整體器件阻抗、提高注入電功率的，

2、又能夠使每個子微波源工作在高阻抗狀態(tài)，保證其工作電流不會超過空間極限電流的限制，有利于提高束波轉換效率。此外，由于該微波源包含了兩個子微波源，其功率容量也相應得到了較大提升。綜上所述，該新型器件有望在單管內(nèi)實現(xiàn)更高的功率輸出。
　　X波段自相干高功率的內(nèi)外子微波源分別采用多波切倫科夫振蕩器（MWCG）和三同軸速調(diào)管放大器（TKA）。其整體工作過程如下：內(nèi)子微波源產(chǎn)生的部分微波通過二極管區(qū)泄漏進入外子微波源，作為其注入信號，外子微波

3、源會將該注入信號放大，與內(nèi)子微波源一起產(chǎn)生兩路鎖頻鎖相的高功率微波，而后由功率合成結構合成輸出。由于這兩路相干合成的微波實際上是在一個微波源中產(chǎn)生，因此該新型微波源稱為自相干高功率微波源。
　　論文主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　首先，對內(nèi)外子微波源分別進行了單獨設計與模擬分析。粒子模擬結果顯示， MWCG在二極管電壓687 kV時，輸出微波的平均功率為1.15 GW，輸出頻率9.68 GHz，功率效率22.8％；TKA在二極

4、管電壓650 kV時，輸出微波的平均功率為1.58 GW，輸出頻率為9.68 GHz，功率效率21%，增益22.4 dB。
　　然后，將內(nèi)外子微波源相結合，并對自相干高功率微波源整體進行了粒子模擬研究。在二極管電壓687 kV時，內(nèi)外子微波源輸出微波的平均功率分別為1.20 GW和2.58 GW，頻率均為9.72 GHz，功率效率分別為28%和30%，器件整體阻抗36Ω。此外，內(nèi)外子微波源在30 ns內(nèi)實現(xiàn)鎖頻鎖相，鎖相后頻率差波