基于超材料的S波段擴(kuò)展互作用速調(diào)管.pdf

1、大功率速調(diào)管是基于速度調(diào)制原理將電子的能量轉(zhuǎn)換為微波能量的真空電子器件。從研制出第一個(gè)速調(diào)管到今天，速調(diào)管已經(jīng)歷了80年的發(fā)展歷程。隨著各種速調(diào)管理論的建立；電真空材料及工藝和相關(guān)技術(shù)方法不斷進(jìn)步；計(jì)算機(jī)仿真軟件獲得迅猛發(fā)展，速調(diào)管的效率、功率、帶寬、增益、壽命等性能不斷提高，在氣象、通信、電臺(tái)電視廣播、導(dǎo)航雷達(dá)和電子對(duì)抗等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)展互作用速調(diào)管同時(shí)具備行波管和速調(diào)管的優(yōu)點(diǎn)，是具有一定帶寬的高功率、高效率的微波大功率器件

2、。近來(lái)，一種適合于小型化高功率真空電子器件的超材料被提出，加載此超材料的返波管具有小型化、高效率的特性也已經(jīng)被驗(yàn)證。本論文將采用這種適合于小型化高功率真空電子器件的超材料，設(shè)計(jì)擴(kuò)展互作用速調(diào)管。將超材料應(yīng)用于擴(kuò)展互作用速調(diào)管具有很大的前景，可能對(duì)速調(diào)管的小型化以及進(jìn)一步提高速調(diào)管的效率起到推動(dòng)作用。
　　本論文設(shè)計(jì)了一種加載超材料的S波段擴(kuò)展互作用速調(diào)管，并對(duì)其進(jìn)行了注波互作用研究。首先介紹了擴(kuò)展互作用速調(diào)管的提出及發(fā)展過(guò)程，接著

3、系統(tǒng)地介紹了速調(diào)管的工作原理，包括：速度調(diào)制、密度調(diào)制以及輸出腔能量交換過(guò)程，最后給出速調(diào)管的設(shè)計(jì)過(guò)程：
　　1、結(jié)合雙間隙耦合腔速調(diào)管理論，設(shè)計(jì)了加載新型超材料單元的擴(kuò)展互作用諧振腔，并利用電磁模擬軟件CST對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。擴(kuò)展互作用諧振腔的固有品質(zhì)因數(shù)為1956.4、諧振頻率為2.09GHz、特性阻抗為115.1；
　　2、根據(jù)擴(kuò)展互作用諧振腔參數(shù)，計(jì)算得到電子注的工作點(diǎn)并設(shè)計(jì)了聚焦系統(tǒng)。采用同軸線(xiàn)作為輸入輸出腔的耦

4、合結(jié)構(gòu)，對(duì)輸入耦合腔進(jìn)行PIC仿真，通過(guò)優(yōu)化耦合結(jié)構(gòu)的參數(shù)使高頻間隙電壓最大，電子與電場(chǎng)的互作用程度達(dá)到最強(qiáng)；
　　3、計(jì)算EIK的最佳群聚距離，優(yōu)化輸出諧振腔耦合結(jié)構(gòu)，最終得到整管長(zhǎng)度約為14.93cm，在電子注電壓為11.3kV，電子注電流為1.2A，輸入信號(hào)功率為32W時(shí)，峰值輸出電壓 Vout=56V，輸出信號(hào)幅值是輸入信號(hào)的7倍；輸出功率Pout=1.568kW，增益G=16.9dB，電子注直流功率Pd=13.56kW，