高功率回旋管熱分析及散熱技術研究.pdf

1、回旋管是一種基于電子回旋諧振受激輻射機理工作的新型電真空器件，因其在毫米波及亞毫米波段具有高功率，高效率和寬帶寬等優(yōu)點，為毫米波及亞毫米波在雷達，電子戰(zhàn)，通信，受控熱核聚變、高功率微波武器，新型材料和醫(yī)療等領域的應用開辟了廣闊的前景。近年來，回旋管輸出功率越來越高，已研制出毫米波段上百千瓦的連續(xù)波功率和吉瓦級的脈沖功率。隨著輸出功率的增加，對高功率回旋管散熱系統(tǒng)的設計也面臨巨大挑戰(zhàn)。因為制作回旋管的材料具有介質(zhì)損耗，在回旋管工作時有一部

2、分功率會以熱的形式耗散掉。如果沒有對回旋管散熱系統(tǒng)進行有效設計，尤其在高功率工作時，回旋管會因溫度過高而損壞。因此，對回旋管進行散熱研究，對提高回旋管的穩(wěn)定性、可靠性和壽命具有重要意義。
　　本論文主要對110GHz回旋振蕩管的電子槍陰極和高頻諧振腔進行了熱分析和散熱研究。本文內(nèi)容的主要工作如下：
　　1.簡要介紹了回旋振蕩管和傳熱學的相關理論及ANSYS軟件
　　對回旋振蕩管電子槍和高頻結構的一些基本理論做了簡單介紹

3、，分析了一些參數(shù)變化對電子槍和高頻結構性能的影響；對傳熱學的基本理論和主要傳遞方式（熱傳導、熱對流、熱輻射）做了闡述和對流換熱微分方程進行了推導；對ANSYS軟件的主要功能和熱分析的過程步驟的介紹。
　　2.對回旋管電子槍的熱分析
　　電子槍是高功率回旋管的“心臟”，為回旋管提供注波互作用的電子束，電子槍質(zhì)量的好壞直接影響著回旋管的可靠性和壽命。本文主要利用ANSYS軟件對電子槍進行仿真建模，然后對其溫度分布和形變大小進行分

4、析。主要通過增加燈絲加熱功率，優(yōu)化燈絲數(shù)目和排列方式，對槍芯支撐筒切縫等方式使電子槍發(fā)射帶表面溫度達到發(fā)射要求，通過對燈絲數(shù)目、燈絲排列方式、支撐筒切縫數(shù)目和切縫角度的優(yōu)化，最終使發(fā)射帶表面溫度在1000℃以上，表面溫差在1℃以下。然后對電子槍進行形變分析。
　　3.對回旋管高頻諧振腔的熱分析
　　利用ANSYS軟件對回旋管高頻結構進行了熱分析，對比分析了均勻加載和非均勻加載的溫度分布結果，通過優(yōu)化諧振腔外壁散熱開槽方式和散