毫米波帶狀注擴展互作用器件高頻系統(tǒng)研究.pdf

1、小型化的大功率、高效率毫米波器件，在國防裝備中能夠滿足機載、星載的需求，其功率量級是其他器件不可替代的。帶狀束擴展互作用振蕩管(SBEIO)的大功率、高效率、小型化、高可靠性使之在星載、機載毫米波器件方面有著優(yōu)良的表現(xiàn)。
　　本文針對受均勻高頻場調(diào)制的電子注，在腔體主要互作用區(qū)域經(jīng)過換能后，注波同步條件被破壞，影響注波互作用效率的問題進行研究。在Ka波段設(shè)計一種高效率的9個互作用間隙的梯形高頻結(jié)構(gòu)。對這種Ka波段高頻結(jié)構(gòu)進行冷場仿

2、真、粒子模擬仿真和冷腔測試。均勻高頻場調(diào)制下，在34 kV，3.5A電子注尺寸8 mm×0.6 mm的直流輸入下， SBEIO的輸出功率為21.6 kW，效率18.1％。
　　本文提出了一種逐漸增強的縱向電場分布來提升注波互作用效率，功率從均勻場仿真的21.6 kW增加到28.1 kW，電子效率從18.1%上升到23.6%。采用相位重匹配技術(shù)對該結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，使互作用效率得到進一步提升功率從28.5 kW增加到36 kW，電子效

3、率從23.6%上升到30%。對優(yōu)化過程中出現(xiàn)的模式競爭問題進行處理，優(yōu)化諧振腔結(jié)構(gòu)，將競爭模式π/8模引出諧振腔，成功抑制了模式競爭。
　　根據(jù)實際需求和加工水準，對所設(shè)計的Ka波段SBEIO的高頻結(jié)構(gòu)進行加工，并采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行冷腔測試，仿真和冷測取得較好的一致性，為進一步的熱測實驗奠定基礎(chǔ)。探究更高頻段、更多互作用間隙、更高橫縱比的帶狀電子束高頻結(jié)構(gòu)。
　　具體在W波段設(shè)計了一種15個互作用間隙，帶狀束橫縱比15:

4、1的梯形高頻結(jié)構(gòu)，直流電子注電壓為44.4 kV，電流2 A，電子注尺寸為6 mm×0.4 mm下可得到功率6.7 kW，效率7.5%。對W波段的設(shè)計的高頻結(jié)構(gòu)進行加工，對加工模型使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行冷測和整管熱測，電子流通率高達99.5%，最終，在輸出48kV，1.8A時，95.09 GHz的電磁波輸出功率可以達到2.1 kW。
　　本文探究了提高梯形高頻結(jié)構(gòu)的互作用效率的方法，是大功率、小型化的毫米波源實現(xiàn)的至關(guān)重要的一步，