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宽带行波管中功率凹陷抑制的研究

作　者: 刘瑞奇
导　师: 段兆云
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 行波管功率凹陷二次谐波螺距跳变
分类号: TN124
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

宽带螺旋线行波放大器由于具备宽频带、高增益、低噪声等优点,在电子对抗、雷达和通信等军事电子设备中的应用占有非常大的份额,为国防事业的发展起到了不可估量的作用。但是对于倍频程宽频带行波管,有时候会在低频段一较窄的频带内出现功率凹陷的现象,这种现象被称为“功率洞”。功率凹陷对于放大器所应用的系统,特别是通信系统的整体性能会产生严重影响。本论文主要的研究内容是倍频程超宽带螺旋线行波放大器功率凹陷的抑制,介绍了一种解决功率凹陷的办法—螺距跳变法,并应用2.5维行波管模拟软件进行仿真,研究结果表明:采用螺距跳变法可以在一定程度上有效地抑制功率凹陷,使宽带螺旋线行波管在工作频带内的饱和输出功率随频率变化的曲线较为平坦。本论文包含以下主要工作:对本论文中所研究的行波管的功率凹陷现象进行了详细地描述,从行波管互作用原理入手,系统地分析了行波管中可能存在的互作用,结合测试结果和螺旋线色散图,分析本论文中所研究的行波管产生功率凹陷的原因以及可能的解决办法。利用电磁仿真软件HFSS、CST和2.5维行波管模拟软件对出现功率凹陷的行波管进行建模仿真,计算出电子枪的注腰半径、注电流、高频结构的色散特性、平均耦合阻抗、衰减常数等参数。在这些参数的基础上对互作用区的螺旋线内半径、衰减器、周期聚焦磁场、电子注填充比及互作用长度等参数进行了初步设计,模拟出了不同频点的饱和输出功率、增益等性能参量。改变二次谐波的慢波比、平均耦合阻抗等参数,分析二次谐波对饱和输出功率的影响,验证了本论文中提出的功率凹陷产生的物理机理。将模拟数据与合作单位中电12所的样管的测试数据进行对比分析。对螺距跳变技术进行了详细介绍,根据拟定的解决方法—螺距跳变法对行波管进行优化设计,在仿真过程中发现螺距跳变的幅度和位置对功率凹陷的抑制影响较大,仿真结果表明该方法对功率凹陷有一定的抑制作用。在优化设计的基础上进行了实验验证,实验结果显示设计基本符合要求。该方法对实际工作中解决螺旋线行波管中功率凹陷问题提供了有益的参考。研究了跳变磁场对功率凹陷的抑制作用,介绍了跳变磁场技术,运用2.5维行波管仿真软件进行优化设计,仿真结果表明:该方法在一定程度上对功率凹陷有抑制作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 行波管概述  10-13
    1.1.1 行波管发展简介  10-11
    1.1.2 行波管的结构  11-13
  1.2 功率凹陷的国内外研究现状  13-14
  1.3 本论文主要的工作与创新  14
  1.4 整个学位论文的组织  14-16
第二章功率凹陷的物理机理  16-21
  2.1 行波管基本工作原理  16-17
  2.2 功率凹陷的现象描述  17-19
  2.3 功率凹陷产生原因的分析  19-21
第三章行波管的计算机模拟  21-41
  3.1 引言  21-22
  3.2 电子枪  22-29
    3.2.1 皮尔斯轴对称收敛电子枪的结构  22-23
    3.2.2 皮尔斯电子枪的基本理论  23-25
    3.2.3 皮尔斯电子枪主要参量  25-26
    3.2.4 电子枪仿真结果及比较  26-29
  3.3 高频结构的模拟  29-33
    3.3.1 引言  29-30
    3.3.2 模拟结果与讨论  30-33
  3.4 聚焦系统和衰减器模型  33-36
    3.4.1 聚焦系统  33-35
    3.4.2 衰减器  35-36
  3.5 互作用模拟  36-41
    3.5.1 引言  36-37
    3.5.2 互作用模拟结果及讨论  37-41
第四章功率凹陷抑制方法的研究  41-53
  4.1 引言  41-43
  4.2 抑制功率凹陷可能的方法  43-44
  4.3 螺距跳变抑制功率凹陷  44-50
    4.3.1 螺距跳变技术  44-45
    4.3.2 不同螺距的螺旋线高频特性计算  45-46
    4.3.3 螺距跳变后仿真与测试结果  46-50
  4.4 磁场跳变对功率凹陷的抑制  50-53
第五章结论  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
攻硕期间取得的研究成果  59-60

宽带行波管中功率凹陷抑制的研究

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