行波管慢波结构的理论和实验研究

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1、摘要摘要行波管是一种非常重要的微波放大器，广泛地应用于雷达、通信、广播等各种电子设备当中。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，它们决定了行波管的工作电压、带宽、工作效率和增益。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，但是多数测量系统自动化程度低，不能满足大量在线测量的需求。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。本论文正是针对上述问题，对行波管慢波结构进行了理论和实验的研究，主要内容如下：1．本文分析了行波管慢波结构色散特性和耦

2、合阻抗测量的基本方法，以便选择最佳的测试方案。实际测量时，由于将慢波结构两端短路构成谐振腔较为困难，因此测量色散特性通常使用行波法，测量耦合阻抗通常使用非谐振微扰法。由于具有一定长度和强度的细介质杆难于加工制作，因而采用金属丝非谐振微扰法测量耦合阻抗。2．在选择了测量方案后，作者设计了一个由运动系统、数据采集系统和中心控制系统组成的行波管慢波结构冷测平台。冷测平台的运动系统由伺服电机、伺服器和运动控制卡构成；数据采集系统包括矢量网络分析仪和GPIB卡；中心控制系统的软件利用VisualBasic编写。3．利用本人研制的冷测平台对一种

3、螺旋线慢波结构进行了测量，并将结果与HFSS、TWTCAD软件的仿真结果进行了比较、分析。验证了冷测平台的可靠性。4．利用高频结构模拟软件HFSS，研究了螺旋线行波管衰减器对电磁波传输特性的影响。衰减器建模考虑了衰减材料电导率和涂敷厚度，这比常规的仅考虑表面电阻率的方法更贴近实际物理模型。研究分析了衰减器的表面电阻率、电导率和厚度对螺旋线慢波系统中电磁波的衰减常数和相位常数的影响。通过对等效均匀介质层和分立介质杆两种模型的对比研究，揭示了等效均匀介质层方法的缺陷。研究结论可以直接指导螺旋线行波管衰减器的设计。该冷测平台已经通过了项目

4、的验收并且申请了专利。关键词：行波管慢波结构，色散特性，耦合阻抗，衰减常数，相位常数ABSTRACTTravelingwavetubes(TWT)areveryimportantmicrowaveamplifiers，whicha／'ewidelyusedinmanyelectronicequipments，such雒radars，communications，radioandelectronicwarfare．Dispersionandinteractionimpedanceoftheslow-wavestructuresaret

5、wocold—testparameterswhichdeterminetheworkingvoltage，frequencyband，efficiencyandgainofTWT．Becauseofthedisadvantagessuch鹤lowautomatism，timeworn，theforeignmeasurementequipmentsCannotmeetthedemandsofmeasurementon-line．Inthisthesis，thetheoreticalandexperimentalresearchesof

6、slow—wavestructuresiIlTWT(sws)areanalyzed．Themainresultsareasfollows：1．BasicmethodsformeasuringdispersionandinteractionimpedanceofSWSaleanalyzedinordertochoosethebesttestmethod．Theresonantandnonresonantperturbationtheoriesarededucedindetail．Theformersoftenusedincompute

7、rsimulation,however,thelatterinexperimentsbecauseitisnoteasytomakeuparesonanthelicalSWS．Similarly,becauseitisdifficulttofindaslenderandstrongdielectricrod，slimmetalwiresareusedasperturbersinthemeasurementsofinteractionimpedance．2．Aftertheselectionofmeasurementmethods，t

8、heauthordesignameasurementsystemwhichcontainsthreedepartments：Movementdepartment、DatacollectiondepartmentandCentercon