q波段高效率折叠波导行波管的研究

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1、目录参考文献........................................................................................................................54攻硕期间的研究成果....................................................................................................56V第一章绪论第一章绪论1.1引言微波是指高频率短波长的电磁波。从广义上讲

2、，对于频段对应在300兆赫兹到3000吉赫兹，对应波长在1米到0.1毫米范围内的电磁波可以被称为微波。通常频率段在30吉赫兹到300吉赫兹（波长1厘米到1毫米），300吉赫兹到3000吉赫兹(波长为1毫米到0.1毫米)的电磁波分别被称为毫米波和亚毫米波。图1-1表示在电磁波频率图中微波所在区域。图1-1电磁波谱图为了保密和交流使用的方便，人们通常在微波波段内将惯用的频率段细分成以下几个更小的波段，并赋予每个波段专有号码，如表1-1所示。表1-1微波频段划分及其代号波段代PLSCXKuKKaQVW号波段名米波22105321.258643称cm频

3、率范<1.121.12~2.6~3.95~8.2~12.4~18~26.5~30~40~75~围Hz2.63.958.212.41826.5405075110微波在整个电磁波中有其自身的一些特征。1.波长短。表现在微波波长与一般物体尺寸在一个数量级，因而具有类似光学的传输特性。1电子科技大学硕士学位论文2.频率高。表现在微波的震荡周期极短。高频率带来宽频带，使得信息承载量大。3.穿透性。表现在某些频率的微波能够穿透电离层，从而为卫星通讯等天文航天技术提供了一个良好的宇宙窗口。另外，某些频段的微波还能深入穿透到物体介质的内部，使微波对其产生的效应

4、内外同时进行。1.2行波管的结构原理行波管在经过Haeff，Posthumus，Lindenblad，Kompfner和Pierce等学者最初[1]的研究之后。又经过几代人的努力，行波管技术得已经有了相当大的发展，趋于成熟。特别是进入新世纪后，真空电子器件得到重新重视，行波管的相应研究迎来了一个新的高潮。这使其成为目前不可替代的微波功率放大器件。经过不断的完善，行波管已经形成了一套完整的理论和结构。行波管的结构如图1-2所示。行波管主要由以下六部分组成：电子枪、慢波结构、磁聚焦系统、衰减器、输入输[1]出窗、收集极。1.电子枪电子枪是一个将电能

5、转换为动能的装置。电子在电子枪中实现加速，加速到一定速度时，再与高频结构中得电磁场互作用。2.慢波结构慢波结构是为注波相互作用提供可能。这种结构可以使得其中传输的电磁场相速接近传输的电子束速度。但由相对论可知，电子的速度是无法达到光速的，所以慢波结构必须使在其中传播的高频电磁场行波慢下来，降到同步速度。此外慢波结构还对传输中得电子注形态进行密度调制，以达到交出动能放大场能的作用。图1-2行波管结构示意图2第一章绪论3.磁聚焦系统由于空间电荷力的作用，在漫长的行进轨迹中，电子束会产生发散，甚至有可能被慢波线所截获。为了避免这种情况的发生，也为了更

6、好的让电子束与高频电磁场进行充分的注波互作用，就需要用磁聚焦系统来抵消空间电荷斥力。4.衰减器衰减器是存在于慢波结构中一段一般有衰减磁构成的器件。该器件是为了消除由于输入输出结构中匹配问题而产生的反向波引起的自激振荡，同时提高整管增益。为了避免有衰减器自身产生振荡，一般都将衰减器的两端设计成衰减量渐变式。5.输入输出装置输入输出装置是信号进出行波管的窗口。其实它是一个能量进出行波管的匹配装置。为了保证这一过程的反射足够小，所以匹配度至关重要。6.收集极收集极是为了收集从慢波结构中出来的电子。这些电子仍然具有很高的能量，从而避免能量的流失，提高整

7、管的效率，但同时散热问题必须要考虑。1.3折叠波导的研究意义及研究现状一般而言，螺旋线和耦合腔一直是行波管中最广泛采用的慢波系统。螺旋线行波管带宽很宽，所需工作电压较低，互作用效率也较高，但随着工作频率的提高，尤其是在毫米波、亚毫米波段，传统的螺旋线结构由于尺寸的因素，内径已经很细了，这使得结构的稳定性和散热性问题突显出来，从而输出功率受到影响。耦合腔行波管是全金属结构，散热能力强，因此功率可以做得很大。但休斯型耦合腔结构在毫米波、亚毫米波阶段装配精度要求极高，这使得加工和组装行波管的成本明显升高，费用昂贵，我们很难进行批量加工生产。更重要的是

8、，其瞬时带宽较窄，一般约5％左右，很难满足现实需求。折叠波导慢波电路是将矩形波导沿轴线方向按一定节距弯曲所形成的一种慢[3]波系统。由于折叠波导为全金