慢波结构在线冷测系统研究

论文摘要

行波管是一种宽频带、高效率、大功率的微波放大器件,广泛应用于雷达、通信、电视、广播、电子对抗等各种电子设备中。行波管慢波结构的色散和耦合阻抗是行波管设计中两个非常重要的冷参量,它们决定了整支管子的工作电压、频带宽度、工作效率和增益。在管子研制阶段,对色散和耦合阻抗冷参量的测量可以起到验证、改进设计的作用;在管子生产阶段,通过测量可以及早发现慢波结构在加工、焊接、装配过程中的问题,防止瑕疵品继续流水作业,提高生产效率。目前,国内行波管生产科研单位基本都是通过软件计算得到慢波结构的色散和耦合阻抗冷参量,或者待整支管子装配完成后,通过热测来估计出慢波结构的色散和耦合阻抗,这样做不但测量不准确,而且也不能及时发现慢波结构的缺陷,浪费了大量人力、财力。国外对行波管慢波结构冷参量测量系统已经做了很多研究工作,但是多数的测量系统自动化程度低,不能满足在线测量的需求。因此,研制出一套高度自动化、具有较高测量精度的冷参量在线测量系统就成为行波管科研生产单位的迫切需求,这也是本论文的工作目标。通过分析、比较不同的测量方法,本文最后采用行波法测量色散,非谐振微扰法测量耦合阻抗。测量系统采用虚拟仪器的设计思想,由测量平台、伺服电机、矢量网络分析仪、计算机等硬件组成,用LabView完成了系统软件设计。系统自动控制伺服电机的运行,对测试探头完成指定的移动定位;通过GPIB总线与矢量网络分析仪器通信,自动完成相关测量参数的设置以及S参数的相位测量;对测得的数据进行后台处理,将结果以图形、数据文件的方式显示、保存。本人研制的冷测系统对三支不同类型的慢波结构样品做了实际测量,并将测量结果与HFSS、CST等软件计算的结果做了比较、分析,验证了测量系统具有很好的测量重复性、一致性以及较高的测量精度。该测量系统已经通过有关行波管生产单位的验收,正式投入使用,对提高行波管科研、生产水平有着实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 行波管概述
• 1.2 行波管慢波结构的冷参量
• 1.2.1 周期性慢波结构的基本性质
• 1.2.2 慢波结构的色散特性
• 1.2.3 慢波结构的耦合阻抗
• 1.3 冷参量测量的意义和现状
• 1.4 本学位论文的主要工作
• 1.5 整个学位论文的组织
• 第二章 行波管慢波结构冷测的基本原理和方法
• 2.1 色散测量
• 2.1.1 行波法
• 2.1.2 冷测系统测量色散的方法
• 2.2 耦合阻抗测量
• 2.2.1 非谐振微扰法
• 2.2.2 冷测系统测量耦合阻抗的方法
• 第三章 冷测系统的硬件构成
• 3.1 计算机
• 3.1.1 GPIB总线简介
• 3.1.2 电机运动控制卡
• 3.2 网络分析仪
• 3.2.1 网络分析仪探针
• 3.3 慢波结构运动部分
• 3.3.1 固定夹具
• 3.3.2 慢波结构支撑平台与机械传动装置
• 3.3.3 伺服电机及伺服器
• 第四章 冷测系统的软件
• 4.1 虚拟仪器技术
• 4.2 虚拟仪器软件LabView
• 4.3 冷测系统软件的总体设计
• 4.4 矢量网络分析仪模块的设计
• 4.4.1 模块设计相关标准SCPI和VISA简述
• 4.4.2 模块设计
• 4.5 电机相关模块的设计
• 4.5.1 初始化6030板卡，启动电机
• 4.5.2 电机运动模块
• 4.6 测量相关模块的设计
• 4.6.1 驻波、损耗的测量模块
• 4.6.2 色散测量模块
• 4.6.3 耦合阻抗测量模块
• 第五章 实际测量结果与分析
• 5.1 计算机三维仿真计算
• 5.1.1 色散计算
• 5.1.2 网格数对色散计算的影响
• 5.1.3 材料设置对色散计算的影响
• 5.1.4 耦合阻抗计算
• 5.2 样品A测量结果的比较以及分析
• 5.2.1 色散部分
• 5.2.2 耦合阻抗部分
• 5.3 样品B测量结果的比较与分析
• 5.3.1 色散部分
• 5.3.2 耦合阻抗部分
• 5.4 样品C测量结果的比较与分析
• 5.4.1 色散部分
• 5.4.2 耦合阻抗部分
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表的论文