大功率毫米波折疊波導行波管的研究.pdf

1、在毫米波和更高頻段，真空電子器件是一種具有不可替代價值的大功率輻射源，而行波管是其中輕質便攜、功率適中的代表，被廣泛應用于通信、雷達、電子對抗等領域，并發(fā)揮著重要作用。一直以來螺旋線和耦合腔行波管占據(jù)著主導地位，但是隨著工作頻率的不斷提高，散熱和加工等問題對傳統(tǒng)慢波結構和行波管提出了嚴峻挑戰(zhàn)。因此，尋求與更高頻段相適應的新型慢波結構行波管是解決這一難題的關鍵途徑。其中，折疊波導行波管展現(xiàn)了強大的競爭力。本論文以大功率毫米波折疊波導行波管

2、為選題，從慢波結構的理論分析、設計方法、非線性模擬以及結構改進幾個方面進行了深入的研究，主要內容有：
　　1.折疊波導慢波結構的理論研究和設計方法。給出了色散特性、耦合阻抗和導體損耗的理論計算模型，尤其是改進了導體損耗的計算方法，提高了其精確性。從折疊波導慢波結構的色散特性出發(fā)討論了設計過程中的物理問題，在此基礎上發(fā)展了新的適用于大功率折疊波導行波管放大器的綜合設計方法。新改進的方法可以適應高工作電壓、高耦合阻抗的要求，而且快速、

3、有效。通過具體設計對上述理論模型的精確性和設計方法的有效性進行了檢驗。
　　2.采用一維非線性理論和三維粒子模擬研究了折疊波導行波管放大器的非線性性能。重點采用粒子模擬對包括衰減器在內的完整互作用電路的大信號性能進行了研究。加深了對大功率折疊波導行波管中注波互作用機制的理解。設計了Ka波段1kW大功率折疊波導行波管，采用三維粒子模擬對其性能進行了分析，并在此基礎上開展了實驗研究。
　　3.從改善和控制色散特性的角度出發(fā)，提出

4、了一種介質加載折疊波導慢波結構，理論分析了介質加載對色散特性、耦合阻抗以及線性增益的影響。研究表明：當介質厚度較小時（d/a<0.1），改變介電常數(shù)對耦合阻抗的影響很小，但卻可以明顯地降低相速，同時色散特性也更為平坦；線性理論分析進一步顯示，對于設計好的慢波結構，采用介質厚度以及介電常數(shù)都較小的加載方式，則無需重新調整慢波結構，但卻可以降低工作電壓，和冷腔特性的分析是一致的。因此，介質加載折疊波導電路在低電壓、小型化應用方面會有一定價值