W波段高階?;匦胁ü芨哳l系統(tǒng)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、回旋行波管作為電真空器件家族中重要一員,具有高功率寬頻帶的特點(diǎn),在毫米波雷達(dá)、毫米波通訊、電子戰(zhàn)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。然而回旋行波管工作在W或更高頻段時(shí),若工作模式仍然采用TE11或TE01等低階模式,高頻尺寸會(huì)變小。這樣帶來(lái)的問(wèn)題是管子功率容量受限,易發(fā)生電子截獲,加工困難等。采用高階模式作為回旋行波管的工作模式可以有效的解決這一問(wèn)題。因而研究高階?;匦胁ü芫哂兄匾囊饬x。圍繞高階?;匦胁ü艿难芯?,本論文主要做了以下兩個(gè)方面的

2、研究工作:一是對(duì)以 TE12模式作為工作模式的回旋行波管的高頻互作用結(jié)構(gòu)以及輸入輸出系統(tǒng)進(jìn)行了研究;二是圍繞回旋行波管中常用到的低/高階模式激勵(lì)器進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
  第二章對(duì)以 TE12模式作為工作模式的回旋行波管的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。首先基于小信號(hào)理論計(jì)算了工作模式TE12以及與TE12模式色散曲線幾乎重合的TE41模式的起振電流。研究計(jì)算表明當(dāng)磁場(chǎng)取為切點(diǎn)磁場(chǎng)的0.988倍時(shí),TE12、TE41模式的

3、起振電流達(dá)到10A以上,因而工作電流為10A時(shí),可以保證這兩個(gè)模式不發(fā)生絕對(duì)不穩(wěn)定性?;谛⌒盘?hào)理論同時(shí)也計(jì)算了與電子回旋模色散曲線交于 kz負(fù)半軸的可能發(fā)生返波振蕩的模式的無(wú)損起振長(zhǎng)度,以及各模式起振長(zhǎng)度達(dá)到20cm時(shí)相應(yīng)所需要的損耗值。然后基于小信號(hào)理論計(jì)算的結(jié)果仿真分析了材料對(duì)各模式的損耗情況,并確定了一個(gè)可以穩(wěn)定工作的介質(zhì)分布加載高頻結(jié)構(gòu)。最后分析了光滑段長(zhǎng)度、電壓、磁場(chǎng)等的改變對(duì)高頻輸出的影響。
  第三章對(duì)TE12模式

4、回旋行波管的輸入輸出系統(tǒng)進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了單Y分支Bragg反射器式輸入耦合器,針對(duì)同一單Y分支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了兩種Bragg反射器,解決了傳統(tǒng)截止波導(dǎo)在高頻段尺寸過(guò)小的問(wèn)題,加工測(cè)試了一個(gè)帶矩形波紋波導(dǎo)Bragg反射器的輸入耦合器。為了進(jìn)一步提高輸入耦合器的轉(zhuǎn)換效率,提出了一種雙扭Y分支輸入耦合器結(jié)構(gòu),仿真結(jié)果顯示相較于單Y分支結(jié)構(gòu)TE12模式的轉(zhuǎn)化從-1dB左右提高到了-0.5dB左右。輸出窗的設(shè)計(jì)中間層為藍(lán)寶石,厚度1mm,匹配石英的厚

5、度為0.42mm,仿真及理論計(jì)算顯示帶寬滿足設(shè)計(jì)要求,熱分析結(jié)果顯示窗片可以有效工作,最后加工測(cè)試了單層藍(lán)寶石窗片。
  第四章對(duì)回旋行波管中常用到的模式激勵(lì)器進(jìn)行了研究。首先提出了一種新型的可以激勵(lì) TE0n/TE2n/TE1n'模式的激勵(lì)器,設(shè)計(jì)思路為矩形 TE10→矩形 TEn'0→圓波導(dǎo)TE0n/TE2n/TE1n'。該模式激勵(lì)器可以激勵(lì)起低階/高階模式,結(jié)構(gòu)緊湊,加工簡(jiǎn)便,模式純度高,工作帶寬較寬。在我們提出的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上

6、設(shè)計(jì)加工測(cè)試了一個(gè)低階的 TE01模式激勵(lì)器、TE01/TE21模式激勵(lì)器(同一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))、以及一個(gè)高階的TE13模式激勵(lì)器,并設(shè)計(jì)了一個(gè)高階的TE12模式激勵(lì)器以用于TE12模式高階?;匦胁ü苤?。最后還設(shè)計(jì)測(cè)試了一個(gè)高階模 TE13模式輸入耦合器,相較于TE12模式輸入耦合器TE13模式輸入耦合器的競(jìng)爭(zhēng)模式更加難以抑制。針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)提出了波導(dǎo)壁側(cè)壁開(kāi)槽的思想,破壞競(jìng)爭(zhēng)模式的電場(chǎng)結(jié)構(gòu),抑制競(jìng)爭(zhēng)模式的形成,并提高設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)化效率。<

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