回旋管輸出系統(tǒng)及收集極熱分析技術(shù).pdf

1、回旋行波管是一種非常重要的高功率毫米波器件，有寬頻帶、高功率和高益等優(yōu)點(diǎn)，在毫米波雷達(dá)、通訊及電子對抗、微波武器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，因而在國際國內(nèi)倍受重視。
　　隨著回旋行波管研制技術(shù)的不斷發(fā)展，其輸出功率越來越高，工作帶寬越來越寬，工作頻率也開始向太赫茲方向滲透。輸出窗和收集極都是回旋管的重要部件，隨著管子功率的增加，微波穿過輸出窗所產(chǎn)生的耗散功率越大以及經(jīng)過注波互作用后的回旋電子轟擊收集極所產(chǎn)生的局部熱量也就越多，這嚴(yán)重

2、影響回旋管整管的效率以及使用壽命，因此對回旋行波管輸出窗和大功率收集極設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求。輸出系統(tǒng)以及收集極的熱性能直接影響輸出窗的功率容量和收集極收集剩余電子的能力，所以對輸出系統(tǒng)和收集極的熱分析技術(shù)的研究有著重要的意義。本文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1.詳細(xì)論述國內(nèi)外回旋行波管輸出窗和收集極熱分析的研究情況和發(fā)展態(tài)勢，對傳熱學(xué)、有限元法、絕熱壓縮理論等基本理論做了闡述，傳熱學(xué)理論是對輸出窗熱分析的基礎(chǔ)，絕熱壓縮理論

3、是研究收集極的基礎(chǔ)。
　　2.闡述了熱分析方法中的的兩類主要分析軟件ANSYS Workbench和CST多物理場仿真的基礎(chǔ)應(yīng)用，對比國內(nèi)傳統(tǒng)熱分析方法，闡述了 HFSS關(guān)聯(lián) ANSYS Workbench進(jìn)行多物理場分析的優(yōu)點(diǎn)以及難點(diǎn)。
　　3.編寫 MATLAB程序?qū)岱治龅幕纠碚撨M(jìn)行驗(yàn)證，利用 HFSS電磁仿真軟件分析輸出窗的微波傳輸特性。再通過ANSYS Workbench軟件對回旋行波管輸出窗進(jìn)行熱分析，研究窗片

4、的溫度分布，并進(jìn)一步研究輸出窗溫度分布對輸出窗窗片熱形變、功率容量、以及應(yīng)力分布的影響。在此基礎(chǔ)上對Ka波段圓波導(dǎo)輸出窗進(jìn)行優(yōu)化，提高功率容量;并在 Q波段提出一種回旋行波管寬帶高平均功率輸出窗，此種輸出窗有較高的功率容量以及較低的窗片溫度。
　　4.利用CST設(shè)計(jì)工作室對輸出窗進(jìn)行微波仿真，分析窗片的微波傳輸特性，進(jìn)一步利用CST軟件進(jìn)行熱分析和熱應(yīng)力分析。
　　5.針對傳統(tǒng)的大功率收集極局部過熱的問題，利用ANSYS W

5、orkbench對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將圓柱型收集極改進(jìn)為斜面收集極，提高收集極收集電子的密度。由于回旋管功率較高，注波互作用后的剩余電子還帶有大量的能量降落至收集極，為了降低電子轟擊收集極的耗散功率，在斜面收集極斜面段加入降壓段，采用斜面降壓收集極，降低電子轟擊收集極的耗散功率，提高收集極的功率容量。
　　6.利用CST粒子工作室模擬電子進(jìn)入收集極的粒子軌跡，利用CST多物理場協(xié)同仿真，對斜面收集極和改進(jìn)后的降壓收集極進(jìn)行熱分析。首