同軸相對(duì)論返波振蕩器跨X、Ku波段調(diào)頻機(jī)理及實(shí)現(xiàn)方法研究.pdf

1、相對(duì)論返波振蕩器是發(fā)展較成熟的振蕩器型高功率微波源之一，具有高功率、高效率以及適合重頻運(yùn)行等特點(diǎn)，在國(guó)防和工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。頻率可調(diào)諧是相對(duì)論返波振蕩器的重要發(fā)展方向之一，相關(guān)研究取得了較大進(jìn)展，但存在調(diào)諧帶寬窄、調(diào)諧方式復(fù)雜等不足。本文研究了一種跨X、Ku波段調(diào)頻相對(duì)論返波振蕩器，僅改變內(nèi)導(dǎo)體的長(zhǎng)度即可實(shí)現(xiàn)跨波段微波輸出，在各波段內(nèi)均有一定的調(diào)節(jié)帶寬，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單易行。論文的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，對(duì)同軸

2、慢波結(jié)構(gòu)跨波段調(diào)頻機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用電磁軟件仿真與數(shù)值求解兩種方法求解了同軸、空心慢波結(jié)構(gòu)的色散曲線，通過(guò)合理選擇電子束與慢波結(jié)構(gòu)參數(shù)，選用不同的工作模式，可以將工作頻率選擇在不同的波段，闡明了跨波段調(diào)頻的機(jī)理。設(shè)計(jì)了跨三波段調(diào)頻冷腔電磁結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)增刪內(nèi)導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)了跨C、X、Ku波段調(diào)頻，驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)跨波段調(diào)頻的可行性?？紤]到在線調(diào)頻實(shí)現(xiàn)的可行性，重點(diǎn)研究了跨 X、Ku波段調(diào)頻冷腔電磁結(jié)構(gòu)的高頻特性：通過(guò)橫向模式選擇，選擇工作模

3、式為同軸TM01模（Ku波段）、空心TM01模（X波段）；通過(guò)縱向模式選擇，采用同軸提取結(jié)構(gòu)，提高工作模式的品質(zhì)因子，可在慢波結(jié)構(gòu)較短的情況下提高束波作用效率。
　　其次，利用粒子模擬方法對(duì)器件跨波段調(diào)頻機(jī)制進(jìn)行了深入研究。著重分析了內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度和頻率調(diào)節(jié)特性之間的關(guān)系：內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度在0-8.4cm范圍內(nèi)改變時(shí)，微波頻率在10.55-10.64GHz（X波段）范圍內(nèi)可調(diào)，3dB調(diào)諧帶寬約1％；內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度在8.5-11.7cm范圍內(nèi)改變

4、時(shí)，微波頻率在12.51-12.62GHz（Ku波段）范圍內(nèi)可調(diào)，3dB調(diào)諧帶寬約1%。僅改變內(nèi)導(dǎo)體的長(zhǎng)度，在二極管電壓680kV、電流12.8kA、導(dǎo)引磁場(chǎng)4T的條件下，得到典型模擬結(jié)果：同軸結(jié)構(gòu)，輸出微波頻率12.58GHz（Ku波段）、功率2.25GW、效率25.9%；空心結(jié)構(gòu)，輸出微波頻率10.61GHz（X波段）、功率2.20GW、效率25.3%?；诖?，改變內(nèi)導(dǎo)體以外的參數(shù)，進(jìn)一步提高束波作用效率，優(yōu)化后的結(jié)果為：同軸結(jié)構(gòu)，

5、輸出微波頻率12.09GHz、功率2.67GW、效率41.5%；空心結(jié)構(gòu)，輸出微波頻率9.92GHz、功率3.02GW、效率34.5%。探討了器件低磁場(chǎng)條件下工作的可行性，結(jié)果表明在不影響器件工作性能時(shí)，導(dǎo)引磁場(chǎng)可以降低到約2T。
　　最后，利用高頻場(chǎng)仿真軟件對(duì)跨 X、Ku波段輻射系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。傳輸系統(tǒng)采用兩排、每排12根支撐桿，對(duì)10.61GHz和12.58GHz兩個(gè)頻點(diǎn)的傳輸系數(shù)大于0.810。針對(duì)上述兩個(gè)頻點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模