新型螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、螺旋線行波管具有寬頻帶、高功率、高效率以及高增益等特點(diǎn)，尤其可與固態(tài)放大器件和電子功率調(diào)諧器一起形成超級(jí)性能的微波功率模塊(MPM)，被大量應(yīng)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信等領(lǐng)域。螺旋線慢波結(jié)構(gòu)是行波管的核心部件之一，其作用是降低電磁波的相速以使其相速與電子注速度同步，從而實(shí)現(xiàn)能量交換，但是由于其散熱能力的限制，螺旋線行波管一般工作在中小功率的水平。隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展，需要螺旋線行波管具有更寬的頻帶，更高的功率，更高的頻率，更長(zhǎng)的壽命以及

2、更小的尺寸等特點(diǎn)，因此深入而詳細(xì)地對(duì)螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本論文主要采用模擬仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的手段對(duì)新型螺旋線慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、為了提高螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的散熱能力，從而提高毫米波螺旋線行波管的平均輸出功率，提出了一種開(kāi)槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，建立了該結(jié)構(gòu)的熱分析模型，并對(duì)其熱形變情況進(jìn)行模擬分析。熱分析結(jié)果表明：在相同條件下，開(kāi)槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)比常規(guī)螺旋線慢波結(jié)構(gòu)具有更高的

3、散熱能力，更小的熱形變。設(shè)計(jì)了Ka波段開(kāi)槽螺旋線行波管的慢波結(jié)構(gòu)、耦合結(jié)構(gòu)，并采用CST軟件建立了具有集中衰減器和切斷的三維注-波互作用模型，對(duì)非線性的注-波互作用過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：在27.5GHz~32.5GHz范圍內(nèi)，開(kāi)槽螺旋線行波管的平均輸出功率大于700W，對(duì)應(yīng)的增益和電子效率分別大于41.1dB和19％。該結(jié)構(gòu)的提出，對(duì)研制大功率高可靠的毫米波螺旋線行波管具有積極的推動(dòng)作用。另外，為提高開(kāi)槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)的耦合

4、阻抗，在本章的最后提出了一種雙夾持開(kāi)槽螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，并對(duì)其注-波互作用特性進(jìn)行了研究。
　　2、為克服介質(zhì)夾持桿易斷以及寬帶螺旋線行波管增益波動(dòng)大等難題，提出了一種具有金屬內(nèi)芯的介質(zhì)夾持桿。本章詳細(xì)研究了這種新型夾持桿的加工方法，并把這種夾持桿應(yīng)用到螺旋線慢波結(jié)構(gòu)中。利用該新型夾持桿螺旋線慢波結(jié)構(gòu)完成了 V波段互作用電路的設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明：與常規(guī)夾持桿相比，該新型夾持桿具有更好的柔韌性，因此在慢波結(jié)構(gòu)裝配時(shí)不容易斷裂；同時(shí)，夾

5、持桿中加載的金屬內(nèi)芯還起到翼片加載的作用，可以改善慢波結(jié)構(gòu)的色散特性。當(dāng)電子注電壓為13100V，電流為60mA時(shí)，在53GHz~68GHz范圍內(nèi)，輸出功率大于80W，增益大于39dB，電子效率大于10.3%，最重要的是在15GHz范圍內(nèi)，增益波動(dòng)只有0.7dB。該結(jié)構(gòu)的提出為發(fā)展寬頻帶低增益波動(dòng)以及高可靠毫米波行波管提供了一個(gè)新的解決方案。
　　3、為解決毫米波螺旋線行波管不易加工、裝配的困難，并結(jié)合平面微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

6、，創(chuàng)新性地提出了一種卷繞微帶曲折線慢波結(jié)構(gòu)。詳細(xì)研究了這種結(jié)構(gòu)的加工方法，并利用該結(jié)構(gòu)完成了 V波段互作用電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明：在58GHz~63GHz范圍內(nèi)，卷繞微帶曲折線行波管的峰值輸出功率大于130W,相應(yīng)的增益和電子效率分別大于31.6dB和8.2%。
　　4、采用T型夾持桿螺旋線慢波結(jié)構(gòu)，并利用螺距跳變技術(shù)，成功地設(shè)計(jì)了低諧波倍頻程螺旋線行波管的慢波電路。計(jì)算結(jié)果表明：在一個(gè)倍頻程帶寬內(nèi)，基波輸出功率大于250W，二

7、次諧波小于-7dB。對(duì)所設(shè)計(jì)的無(wú)截獲柵控電子槍進(jìn)行了熱分析和熱應(yīng)力分析，給出了電子槍的裝配距離等關(guān)鍵參數(shù)。最后，我們提出了一種新的抑制二次諧波的方法—磁場(chǎng)跳變技術(shù)。計(jì)算結(jié)果表明：該技術(shù)可把低頻端的二次諧波抑制到-11.32dB以內(nèi)，對(duì)應(yīng)的基波功率大于300W。
　　5、低諧波倍頻程螺旋線行波管的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。根據(jù)本文設(shè)計(jì)的方案，分別加工和裝配了電子光學(xué)樣管和整管。首先，對(duì)電子光學(xué)樣管的流通率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明：樣管的流通率達(dá)到了