大功率行波器件中若干关键问题的研究
发布时间：2023-03-23 23:16
行波器件是利用电子注与行波相互作用并发生能量交换的一种线性注真空电子器件。行波器件中最常见的两类器件是行波放大器和返波振荡器,其功率大、效率高、稳定性好等优点被广泛应用于各类军事、民用领域,是电子系统中应用最广泛的两类微波源。随着现代雷达技术、电子对抗以及卫星通信等领域的高速发展,精密追踪、高分辨率成像、高速率通信以及大数据容量传输等技术得到了广泛的应用,这对大功率行波器件的研制提出了更高的要求。在大功率行波器件研制过程中出现了返波振荡、大功率宽带输能技术等关键性技术问题;另外,面对固态器件的迅猛发展,亟需开展大功率、高效率的新型行波器件的研究,使传统的真空电子器件焕发新的活力,从而在固态器件的竞争中保持优势。鉴如此,本学位论文从理论分析、仿真设计以及实验验证等方面入手,对返波振荡、大功率宽带输能技术以及新型行波器件的设计等关键性问题进行了研究,具体开展了以下创新性的工作:1.开展了返波振荡理论及抑制方法的研究。基于皮尔斯经典小信号理论,对返波管的特征方程和返波增益进行了求解,并以一只螺旋线行波管为例,对其返波起振长度进行了数值计算;推导出了相速渐变线路返波小信号增益表达式,分析了不同...
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 行波器件
1.3 特殊慢波结构的研究进展
1.3.1 新型螺旋线类慢波结构
1.3.2 新型曲折线类慢波结构
1.3.3 新型正弦波导类慢波结构
1.3.4 光子晶体类慢波结构
1.3.5 超材料慢波结构
1.4 返波振荡的研究现状
1.5 输能耦合装置的研究现状
1.6 大功率行波器件面临的关键性问题
1.7 本论文的研究内容和结构安排
第二章 返波振荡理论及抑制方法的研究
2.1 引言
2.2 返波振荡物理机制
2.3 返波管小信号工作方程
2.3.1 相关参数的描述
2.3.2 行波场对电子注的作用
2.3.3 电子注对行波场的作用
2.3.4 返波管特征方程及求解
2.3.5 返波起振长度的计算
2.3.6 数值模拟与讨论
2.4 相速渐变返波增益的研究
2.4.1 渐变线路的返波增益
2.4.2 不同相速变化形式的返波增益讨论
2.4.2.1 均匀相速的返波增益
2.4.2.2 相速线性渐变程度的返波增益
2.4.2.3 不同相速渐变方式的返波增益
2.5 本章小结
第三章 大功率宽带输能技术的研究
3.1 引言
3.2 大功率宽带锥状同轴型输能装置的研究
3.2.1 大功率宽带锥状同轴输能窗
3.2.2 锥状同轴输能窗-SMA接头输出
3.2.3 锥状同轴输能窗的测试
3.2.4 锥状同轴输能窗-双脊波导输出
3.3 大功率宽带双脊波导输能装置的研究
3.3.1 双脊波导圆形输能窗
3.3.2 双脊波导矩形窗
3.3.2.1 单面焊接双脊波导矩形窗
3.3.2.2 单面焊接双脊波导矩形窗测试
3.3.2.3 双面焊接双脊波导矩形窗
3.3.2.4 双面焊接双脊波导矩形窗测试
3.3.3 同轴-双脊波导矩形窗转换
3.3.3.1 后馈式同轴-双脊波导窗转换
3.3.3.2 直插式同轴-双脊波导窗转换
3.3.3.3 直插式同轴-双脊波导窗测试
3.4 本章小结
第四章 螺旋线行波管大功率宽带方案的设计
4.1 引言
4.2 螺距-半径双渐变螺旋线慢波结构的建模
4.3 螺旋线慢波结构的设计
4.3.1 高频特性参数的计算
4.3.2 单周期螺旋线慢波结构
4.3.3 单周期螺旋线慢波结构高频特性
4.4 互作用慢波电路方案的设计
4.5 返波振荡的模拟分析
4.5.1 返波增益的数值计算
4.5.2 返波起振长度的仿真分析
4.6 传输特性的研究
4.7 PIC注-波互作用的模拟仿真
4.7.1 CST粒子工作室及PIC高性能计算
4.7.2 PIC粒子模拟的仿真模型
4.7.3 PIC粒子模拟的结果分析
4.8 本章小结
第五章 X/Ku波段螺旋线行波管大功率宽带技术的实验验证
5.1 引言
5.2 宽带大功率输能耦合装置的加工
5.2.1 矩形陶瓷窗的焊接
5.2.2 同轴线-阻抗变换部分焊接
5.2.3 双脊波导输能装置的整体焊接
5.3 宽带大功率行波管慢波电路的加工与装配
5.3.1 螺旋线慢波结构的加工
5.3.2 管壳的加工
5.3.3 慢波电路的组装
5.3.4 输能装置的组装
5.4 大功率宽带行波管的实验测试
5.4.1 排气性实验
5.4.2 整管反射系数的测试
5.4.3 整管热测实验
5.5 本章小结
第六章 大功率新型小型化返波振荡器的研究
6.1 引言
6.2 超材料的基本结构
6.3 超材料有效本构参数的研究
6.4 超材料慢波结构高频特性
6.4.1 色散特性
6.4.2 耦合阻抗
6.5 超材料慢波结构传输特性
6.5.1 传输结构的设计与仿真
6.5.2 带反射器传输结构的设计
6.6 注-波互作用的模拟分析
6.6.1 级联型返波振荡器的工作原理
6.6.2 级联型返波振荡器的相位一致性研究
6.6.3 注-波互作用的模拟分析
6.6.4 注-波互作用结果分析
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3768951
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 行波器件
1.3 特殊慢波结构的研究进展
1.3.1 新型螺旋线类慢波结构
1.3.2 新型曲折线类慢波结构
1.3.3 新型正弦波导类慢波结构
1.3.4 光子晶体类慢波结构
1.3.5 超材料慢波结构
1.4 返波振荡的研究现状
1.5 输能耦合装置的研究现状
1.6 大功率行波器件面临的关键性问题
1.7 本论文的研究内容和结构安排
第二章 返波振荡理论及抑制方法的研究
2.1 引言
2.2 返波振荡物理机制
2.3 返波管小信号工作方程
2.3.1 相关参数的描述
2.3.2 行波场对电子注的作用
2.3.3 电子注对行波场的作用
2.3.4 返波管特征方程及求解
2.3.5 返波起振长度的计算
2.3.6 数值模拟与讨论
2.4 相速渐变返波增益的研究
2.4.1 渐变线路的返波增益
2.4.2 不同相速变化形式的返波增益讨论
2.4.2.1 均匀相速的返波增益
2.4.2.2 相速线性渐变程度的返波增益
2.4.2.3 不同相速渐变方式的返波增益
2.5 本章小结
第三章 大功率宽带输能技术的研究
3.1 引言
3.2 大功率宽带锥状同轴型输能装置的研究
3.2.1 大功率宽带锥状同轴输能窗
3.2.2 锥状同轴输能窗-SMA接头输出
3.2.3 锥状同轴输能窗的测试
3.2.4 锥状同轴输能窗-双脊波导输出
3.3 大功率宽带双脊波导输能装置的研究
3.3.1 双脊波导圆形输能窗
3.3.2 双脊波导矩形窗
3.3.2.1 单面焊接双脊波导矩形窗
3.3.2.2 单面焊接双脊波导矩形窗测试
3.3.2.3 双面焊接双脊波导矩形窗
3.3.2.4 双面焊接双脊波导矩形窗测试
3.3.3 同轴-双脊波导矩形窗转换
3.3.3.1 后馈式同轴-双脊波导窗转换
3.3.3.2 直插式同轴-双脊波导窗转换
3.3.3.3 直插式同轴-双脊波导窗测试
3.4 本章小结
第四章 螺旋线行波管大功率宽带方案的设计
4.1 引言
4.2 螺距-半径双渐变螺旋线慢波结构的建模
4.3 螺旋线慢波结构的设计
4.3.1 高频特性参数的计算
4.3.2 单周期螺旋线慢波结构
4.3.3 单周期螺旋线慢波结构高频特性
4.4 互作用慢波电路方案的设计
4.5 返波振荡的模拟分析
4.5.1 返波增益的数值计算
4.5.2 返波起振长度的仿真分析
4.6 传输特性的研究
4.7 PIC注-波互作用的模拟仿真
4.7.1 CST粒子工作室及PIC高性能计算
4.7.2 PIC粒子模拟的仿真模型
4.7.3 PIC粒子模拟的结果分析
4.8 本章小结
第五章 X/Ku波段螺旋线行波管大功率宽带技术的实验验证
5.1 引言
5.2 宽带大功率输能耦合装置的加工
5.2.1 矩形陶瓷窗的焊接
5.2.2 同轴线-阻抗变换部分焊接
5.2.3 双脊波导输能装置的整体焊接
5.3 宽带大功率行波管慢波电路的加工与装配
5.3.1 螺旋线慢波结构的加工
5.3.2 管壳的加工
5.3.3 慢波电路的组装
5.3.4 输能装置的组装
5.4 大功率宽带行波管的实验测试
5.4.1 排气性实验
5.4.2 整管反射系数的测试
5.4.3 整管热测实验
5.5 本章小结
第六章 大功率新型小型化返波振荡器的研究
6.1 引言
6.2 超材料的基本结构
6.3 超材料有效本构参数的研究
6.4 超材料慢波结构高频特性
6.4.1 色散特性
6.4.2 耦合阻抗
6.5 超材料慢波结构传输特性
6.5.1 传输结构的设计与仿真
6.5.2 带反射器传输结构的设计
6.6 注-波互作用的模拟分析
6.6.1 级联型返波振荡器的工作原理
6.6.2 级联型返波振荡器的相位一致性研究
6.6.3 注-波互作用的模拟分析
6.6.4 注-波互作用结果分析
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
本文编号：3768951
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3768951.html