宽带螺旋线行波管的若干问题研究

论文摘要

行波管自问世以来一直都是现代军事装备技术中不可或缺的微波器件,它主要可分为两大类,即螺旋线类行波管和耦合腔类行波管。由于螺旋线行波管具有一系列的优点,如结构简单、耦合阻抗高、色散特性好且频带宽等,它的这些优点使得螺旋线行波管一直备受青睐。此外,由于螺旋线行波管的低噪声和宽频带特性使得远距离通信得以实现,因此,它成为行波管中研究和应用最多的管型。本文将在行波管基本结构和发展状况的基础上,尝试对螺旋线行波管中常存在的阻抗匹配,返波振荡以及高次谐波抑制问题进行研究,运用理论分析和模拟仿真的方法来寻求解决问题的方法,使得输入输出结构与螺旋线的阻抗达到匹配以及返波振荡和高次谐波得到抑制。本论文的研究工作和创新点如下:1.利用CST软件对翼片加载的螺旋线行波管的输入输出结构进行设计计算,通过改变耦合段螺旋线的内外半径以及其它可能影响反射的参数,使得输入输出结构的反射大大降低。2.针对行波管实验中的功率凹陷问题,首先进行了理论分析,指出功率凹陷可能是由返波振荡或基波的二次谐波所引起,然后分别对抑制返波振荡和基波二次谐波寻求理论的解决方案,指出返波振荡的产生与衰减器的位置和衰减量的大小有关,而二次谐波的抑制则可通过螺距跳变解决。3.运用CST软件计算螺旋线的色散和耦合阻抗,并运用大信号软件来模拟螺旋线衰减量的大小和衰减器的位置对输出功率的影响,通过计算可知,合适的螺距大小、衰减器位置以及衰减量的大小能使凹陷频率点的输出功率提高。4.采用特殊螺距跳变方式,可使基波在凹陷点的饱和输出功率要明显高于整管采用均匀螺距的情况,二次谐波在凹陷点的输出功率要低于均匀螺距的情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 行波管的发展历史
• 1.2 行波管的工作原理及基本结构
• 1.3 螺旋线行波管的研究
• 1.3.1 螺旋线行波管的物理模型
• 1.3.2 螺旋线行波管的分析方法及CAD 技术
• 1.3.3 螺旋线行波管的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 翼片加载螺旋线行波管输能装置的研究
• 2.1 引言
• 2.2 耦合结构设计
• 2.3 输能装置模型
• 2.4 螺旋线-渐变段结构的模拟仿真
• 2.4.1 初步扫参计算
• 2.4.2 优化仿真计算
• 2.5 输入输出结构的模拟仿真
• 2.5.1 初步扫参计算
• 2.5.2 优化仿真计算
• 2.6 整个输能结构优化计算
• 2.7 小结
• 第三章 行波管功率凹陷理论分析
• 3.1 功率凹陷现象分析
• 3.2 功率凹陷的理论分析
• 3.3 时间谐波有效互作用的条件及特点
• 3.4 引起功率凹陷的原因分析
• 3.4.1 反射振荡所引起的功率凹陷
• 3.4.2 返波振荡引起的功率凹陷
• 3.4.3 非传输模所引起的功率凹陷
• 3.5 小结
• 第四章 返波振荡产生的功率凹陷及解决方案
• 4.1 返波振荡的理论分析
• 4.2 改变衰减量提高凹陷点最大基波输出功率
• 4.2.1 用CST 计算螺旋线慢波结构的高频特性
• 4.2.2 变衰减量计算最大基波输出功率
• 4.3 改变衰减器的位置提高凹陷点最大基波输出功率
• 4.3.1 确定最佳衰减器位置
• 4.3.2 最佳衰减器位置处变输入功率计算最大基波输出功率
• 4.4 小结
• 第五章 二次谐波引起的功率凹陷及解决方案
• 5.1 螺距跳变理论分析
• 5.2 螺距跳变螺旋线的设计及仿真
• 5.2.1 螺距跳变的螺旋线设计
• 5.2.2 螺距跳变的螺旋线仿真
• 5.2.3 均匀螺距与跳变螺距情况下螺旋线输出功率的比较
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果