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回旋放大器的模拟研究

作　者: 王纪锋
导　师: 喻胜
学　校: 电子科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 回旋速调管回旋行波管注-波互作用高频结构
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
引　用: 1次
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内容摘要

高功率毫米波因其能量密度高、抗干扰能力强、分辨率高等优点,在高功率毫米波雷达、通讯、电子对抗、精确制导和受控热核聚变等领域有着重要应用前景。传统的真空电子器件受结构、工艺材料及机理等各种因素的限制,不适合工作于毫米波段。基于电子回旋共振原理的回旋器件由于采用了光滑波导,从而大大降低了结构的复杂性,因而成为毫米波段高功率微波源的主要选择。但是,因为回旋行波管放大器的互作用机理比较复杂,非常容易受到寄生模式的干扰,因而相对于回旋振荡管和回旋速调管而言,其发展相对缓慢。回旋行波管互作用机理和结构的设计一直是毫米波回旋管研究的热点和难点。本文的主要工作如下:1、利用粒子仿真软件MAGIC编写30GHz波段回旋行波管高频结构程序,完成了一种新型的加载损耗涂层的回旋行波管放大器结构的设计,有效抑制了杂模,提高了整管的效率。为了分析回旋行波管放大器注-波互作用的特点,我们利用PIC模拟软件MAGIC对放大器的注-波互作用过程进行了跟踪和模拟,计算并讨论了不同工作参数对输出特性的影响。2、结果表明,所设计的损耗介质加载结构的基次谐波回旋行波管放大器在电子注电压60kV、电流15A、工作磁场为1.107T时,放大器可获得340kW的输出功率、44.6dB的增益、大约38%的效率和约3.5GHz的3dB带宽。3、所设计的方案与模拟分析结果被运用到实际样管的研制中,并参与了样管高频结构的冷测、整管组装、焊接、排气和热测试工作,最终样管的测试结果如下:在频率为29.5GHz时,最大脉冲功率182kW ,增益28.7dB,互作用效率20.2%,3dB带宽达到1.8GHz。4、利用粒子仿真软件MAGIC编写Ku波段三腔回旋速调管高频结构程序,得到在工作电压70kV,注电流20A,电子注横向与纵向速度比1.45时的输出功率为604kW,带宽为280MHz,效率为43.1%以及增益为35.7dB的设计方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 毫米波的特点及应用  9-11
  1.2 毫米波、亚毫米波器件的发展概况  11-13
  1.3 电子回旋脉塞器件简介  13-18
    1.3.1 回旋管的分类  14
    1.3.2 回旋管放大器件的结构  14-15
    1.3.3 回旋管放大器的基本工作原理  15-18
  1.4 回旋管器件的理论研究方法  18
  1.5 本学位论文的主要工作及意义  18-20
第二章 K_A波段回旋行波管放大器的研究  20-44
  2.1 回旋行波管简介  20-21
  2.2 自激振荡的研究  21-23
  2.3 高频结构的设计  23-30
    2.3.1 结构的选取  23-25
    2.3.2 非线性模拟和优化  25-29
    2.3.3 互作用结构的最终设计方案  29-30
  2.4 PIC 粒子模拟结果与分析  30-36
    2.4.1 放大器注－波互作用分析  30-35
    2.4.2 模拟输出结果  35-36
  2.5 放大器输出特性的研究  36-40
  2.6 实际样管的热测结果  40-41
  2.7 未来工作的展望  41-44
第三章 K_U波段三腔回旋速调管的研究  44-60
  3.1 回旋速调管简介  44-45
  3.2 电子回旋脉塞色散方程  45-46
  3.3 谐振腔的理论  46-47
    3.3.1 驻波幅值微分方程  46-47
    3.3.2 边界条件  47
  3.4 高频结构的设计  47-50
  3.5 注－波互作用分析  50-54
    3.5.1 电子注能量及动量的变化  50-53
    3.5.2 整个互作用区高频场变化情况  53-54
  3.6 放大器的输出特性  54-57
  3.7 模拟结果  57-59
  3.8 小结  59-60
第四章总结  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻硕期间取得的研究成果  65-66

回旋放大器的模拟研究

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