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《电子科技大学》 2010年
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Ka波段回旋放大器及W波段带状束电子光学系统的研究

王建勋  
【摘要】:毫米波介于微波和红外之间,兼有微波和红外两者的优点。首先同红外和可见光相比,毫米波在烟雾、灰尘等环境中的传输特性更好;其次同微波系统相比,毫米波电子系统容易小型化,适合于导弹,卫星和飞机等平台。对它的研究一直受到极大的关注。但是长期以来由于缺乏有效的高功率毫米波源,对毫米波研究和应用的进展缓慢。20世纪90年代后,在军用毫米波雷达和通信等需求的推动下,高功率毫米波技术特别是高功率毫米波电真空器件取得长足发展。其中最具代表性的器件有两类:一类是极高功率的回旋放大器件,主要包括回旋速调管和回旋行波管。另一类是结构小、重量轻等特点的带状束速调管和行波管。这些器件的发展使得毫米波在雷达、通信、电子对抗、预警和遥感等方面具有广泛的应用,对巩固国防和发展国民经济都具有重大意义。 学位论文对Ka波段高功率TE02模式回旋速调管,30 GHz大回旋二次谐波介质加载回旋行波管,W波段脉冲和连续波工作带状束速调管、220 GHz带状束行波管的电子枪和新型周期聚焦磁体都进行了探索性研究及创新性设计。 第二章介绍了Ka波段高功率TE02模式回旋速调管的线性理论和自洽与非自洽非线性理论。利用线性小信号理论研究了回旋速调管的线性增益、带宽和线性群聚效率,并指出了多腔回旋速调管高增益和高效率的两种工作状态。优化计算了各个谐振腔群聚参数对互作用效率的影响。详细研究了工作模式为TE02模的谐振腔中,高次模式到低次模式的转换问题。设计了工作模式为TE021模的输入耦合器、群聚腔和输出腔。根据非线性自洽理论分析编制了回旋速调管自洽非线性计算程序,并优化计算了各个腔体的谐振频率、品质因数和各个漂移段的长度等参数。建立了大电流电子枪和高频互作用的粒子模拟模型,通过粒子模拟验证了理论计算结果的准确性。并对高频组件等进行了加工、冷测和整管的初步实验热测,得到了100 kW的输出功率。 第三章介绍了30 GHz大回旋二次谐波损耗介质加载回旋行波管的研究与设计。完成了结构紧凑的宽带TE21模式输入耦合器设计。通过等效电路ABCD矩阵和HFSS仿真计算,完成了宽带盒型输入窗和多窗片输出窗的设计。通过线性理论和自洽非线性理论分析与计算,研究了回旋行波管最核心的稳定性问题,计算了工作模式和竞争模式的起振电流。建立了三维Magic粒子模拟模型,并进行了粒子模拟。所得到的计算结果与理论计算进行比,两者具有较好的一致性。通过粒子模拟的方法,指出了线极化的TE21模式与大回旋电子注作用后转换为椭圆极化模。计算了单级降压收集极对注波互作用后电子能量的回收情况,提高了整管效率。为配合降压收集极,设计了工作模式为线极化和椭圆极化的TE21模式的低反射横向输出耦合系统。通过理论分析研究了大回旋电子枪速度离散和引导中心波动的形成原理,并提出了相应的解决方案。通过Egun、CST-PS和Maxwell等二维和三维电子枪与磁体计算软件,设计并优化了低速度离散和引导中心波动的大回旋电子枪和CUSP磁场。 第四章介绍了带状束电子光学系统和新型可调PCM-QM周期磁聚焦系统的研究与设计。优化了UC Davis的74 kV高脉冲功率W波段带状束速调管的电子枪和PCM磁体,使实验测得的电子传输效率从约70%增加到了大于99.5%,并得到了54 kW的稳定输出功率。为满足输出功率10 kW,电压54 kV的连续波W波段带状束速调管冷却系统空间的需要,设计了一种新型可调的PCM-QM磁体结构并进行了优化计算。新型结构使上下两片周期聚焦磁体的距离增加了约80%,为冷却系统提供了足够的空间。由于新型结构的可调节性使得实验测试更为灵活,能更好地实现带状电子束的聚焦与稳定传输。设计了220 GHz具有可集成化特性的新型带状束电子枪,及与之配套的新型PCM-QM聚焦磁体,计算得到了大于97%的传输效率。利用实验室带状电子束测试系统,对CPI椭圆带状电子枪进行了实验测试,所得结果与仿真计算结果相比,显示出较好的一致性。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN722

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 吴秋生,延波,薛良金;Ka频段脊波导过渡的仿真与工程应用[J];红外与毫米波学报;2002年02期
2 张泉;郑厚植;;一种新型高增益、低噪声980nm微腔半导体光放大器的数值分析(英文)[J];红外与毫米波学报;2008年05期
【共引文献】
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1 张丽,胡彦深,张春流;一种高性能电子枪的设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年03期
2 张长青;宫玉彬;魏彦玉;王文祥;;亚毫米波折叠波导慢波结构的损耗特性研究[J];半导体光电;2010年06期
3 黄志洵;微波科学技术的过去、现在和将来[J];北京广播学院学报(自然科学版);1994年04期
4 李继军;吴耀德;宋明玉;;表面等离子体激元基本特征研究[J];长江大学学报(自科版)理工卷;2007年04期
5 谭水,王光明;椭圆函数滤波器设计及其CAD[J];昌吉学院学报;2001年04期
6 周俊;刘大刚;曾亚文;刘盛纲;;微波谐振腔本征模求解的算法及应用[J];材料导报;2007年S2期
7 龚文斌;南伟;;一种新型高性能LC带通滤波器的设计[J];电讯技术;2008年05期
8 杨玲玲;;L频段小型化高性能双定向耦合器设计[J];电讯技术;2009年12期
9 郁涛;无耗指数线反射系数的严格解析解[J];电讯技术;1995年02期
10 葛行军;陈宇;钱宝良;钟辉煌;巨金川;;O型同轴慢波器件的纵向模式选择研究[J];电波科学学报;2008年06期
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1 张学海;;医用连续波磁控管输出腔的设计[A];1987年全国微波会议论文集(下)[C];1987年
2 潘永吉;刘文英;;插入式X波段隔离器/定向耦合器组件设计[A];1995年全国微波会议论文集(上册)[C];1995年
3 徐正良;唐顺铨;;小型带通滤波器的设计[A];1995年全国微波会议论文集(上册)[C];1995年
4 郁涛;;非均匀传输线反射系数的一个条件解[A];1995年全国微波会议论文集(下册)[C];1995年
5 杨丹;宋芳芳;李少平;张晓明;;阴极的共性缺陷模式及影响研究[A];第十一届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2005年
6 陈将伟;唐东明;张豹山;杨燚;鹿牧;陆怀先;;入射角对微波在面内各向异性磁性薄膜中传播特征的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
7 徐念喜;高劲松;冯晓国;赵晶丽;梁凤超;王岩松;陈新;王珊珊;朱华新;;一种适用于隐身天线罩的频率选择表面新单元研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
8 赵柳;刘庆想;李相强;李军;;径向波导模式分析[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
9 董烨;董志伟;周海京;;任意轴对称周期慢波结构色散曲线的数值计算[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
10 侯钧;亓丽梅;高喜;杨梓强;;基于3维FDTD算法的金属柱平板慢波系统色散特性研究[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
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1 王海涛;月球车热控关键问题研究及材料光谱性质的选择性调节[D];中国科学技术大学;2010年
2 何俊;毫米波新型曲折波导行波管的研究[D];电子科技大学;2010年
3 桂林;光纤参量放大器中快慢光机理研究[D];北京邮电大学;2011年
4 田东斌;环形光栅包层THz空芯波导器件的研究[D];电子科技大学;2011年
5 邹焕;片上共面波导关键技术及其应用研究[D];电子科技大学;2011年
6 刘睿;同轴回旋管高频特性的研究[D];电子科技大学;2011年
7 侯建强;小型天线与金属腔体及人体头颅的耦合谐振分析及应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
8 李奇;无线通信中微带滤波器的研究与设计[D];西安电子科技大学;2011年
9 王新稳;复解析保角变换在电磁工程中的应用研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 辛琦;正弦波纹同轴布喇格谐振腔研究[D];西南交通大学;2011年
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1 杨玲玲;高性能中功率跳频滤波器的研究[D];电子科技大学;2010年
2 李国;18-40GHz连续波行波管慢波电路仿真的研究[D];电子科技大学;2010年
3 吴启铎;基于分形的多频段微带天线研究与实现[D];解放军信息工程大学;2010年
4 吕晨光;微波炉介质盘复介电常数的测量研究[D];电子科技大学;2011年
5 赵晓娜;毫米波模式激励器理论与实验研究[D];电子科技大学;2011年
6 文乐虎;Ku波段微带阵列天线技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 张宛路;微波滤波器的综合与设计[D];西安电子科技大学;2011年
8 莫远楠;基于LTCC技术的微波滤波器设计及特性研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 徐琼琼;数控电调谐微带型梳状线滤波器的设计和研究[D];景德镇陶瓷学院;2011年
10 贾守礼;同轴腔体带通滤波器的研究[D];大连海事大学;2011年
【二级参考文献】
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1 ;MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT[J];红外与毫米波学报;2006年01期
【相似文献】
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1 顾昌鑫,单莉英;电子光学系统的复合形法最优化设计[J];电子学报;1986年01期
2 杨中海,黄桃,李斌,朱小芳,廖莉,肖礼,胡权,姚列明,曾葆青;行波管电子光学系统CAD技术进展[J];真空电子技术;2004年03期
3 汪荣昌;;变倍型X射线象增强管电子光学系统的计算[J];真空电子技术;1986年03期
4 程伟龄;;红外串联变象管的改进设计[J];红外技术;1992年02期
5 邓志成;杨勤劳;;一种像增强器图像失真的校正方法[J];深圳大学学报(理工版);2006年03期
6 乌明奇,林刚,顾昌鑫,单莉英;遗传算法用于电子枪发射系统的全局最优化设计[J];真空科学与技术;2002年06期
7 R.Evrard,董昆林;利用减速静电场的折反射式电子光学系统及该系统在发展高性能短象管中的应用[J];红外技术;1981年04期
8 吴华安;;采用大孔径加速极的电子光学系统的实验研究[J];真空电子技术;1987年05期
9 冯炽焘;董昆林;张翎;;20/30TZ101第二代微光象增强器电子光学系统及管型的分析设计[J];红外技术;1988年04期
10 刘宝炎;马洪志;;强流电子枪电子光学系统辅助设计计算中若干数学、计算方法和程序问题[J];真空电子技术;1982年06期
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1 薛谦忠;刘濮鲲;;三腔回旋速调管预群聚电流谐波分量研究[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
2 李飞;肖刘;刘濮鲲;易红霞;万晓声;;考虑边缘效应的微波真空电子器件电子光学系统电势分布的研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
3 郭炜;朱敏;罗积润;吴尔生;;可用于回旋速调管的新型模式选择谐振腔[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
4 张进涛;王兴斌;;Ka波段波导同轴转换的工程实现[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2011年
5 粟亦农;徐寿喜;;回旋行波速调管输入回路设计及实践[A];第八届真空技术应用学术年会论文集[C];2005年
6 王晖;李宏福;罗勇;徐勇;;回旋速调管调制腔研究[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
7 魏建晶;郭正堂;;900 ka以来黄土-古土壤序列记录的风尘铁含量变化及其古气候意义[A];中国科学院地质与地球物理研究所二○○三学术论文汇编·第三卷(地球环境·工程地质与灾害)[C];2003年
8 冯晨;杨明华;黄拓朴;;Ka波段250 W连续波行波管的研制[A];真空电子与专用金属材料、陶瓷——金属封接专辑[C];2011年
9 顾昌鑫;单莉英;;电子光学系统的复合形法最优化设计[A];中国真空学会科技进步奖(1994-2000)得奖人员论文集[C];2000年
10 王丽;李宏福;赵青;;34GHz基波回旋速调管双阳极磁控注入枪的研究[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
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1 本报记者 陈敬农;特种显示:造就特种环境下的“慧眼”[N];科技日报;2006年
2 本报记者 何兰生 通讯员 张荣 唐永梅;满含忠诚铸长剑[N];农民日报;2011年
3 喻志国;湖北仪器仪表行业为何停滞不前?[N];中国机电日报;2001年
4 ;2002,数码相机:数码?相机![N];中国计算机报;2002年
5 胡慧平;网络营销当心骗子[N];经理日报;2003年
6 本报记者 郭晓宇 本报通讯员 张荣 付杨;严把武器装备质量关[N];法制日报;2011年
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1 王建勋;Ka波段回旋放大器及W波段带状束电子光学系统的研究[D];电子科技大学;2010年
2 喻胜;腔体回旋脉塞器件的研究[D];电子科技大学;2002年
3 刘迎辉;回旋速调放大器理论与模拟研究[D];电子科技大学;2008年
4 廖平;行波管电子光学系统CAD技术研究[D];电子科技大学;2004年
5 傅文杰;太赫兹电子回旋脉塞器件研究[D];电子科技大学;2010年
6 鄢然;磁控注入电子枪低频振荡分析及Ka波段回旋行波管研究[D];电子科技大学;2010年
7 王新彪;Ka波段模拟型全极化微波辐射计研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
8 黄桃;微波管电子光学系统CAD技术研究[D];电子科技大学;2007年
9 卢明鸥;TNF-α在实验性自身免疫性神经炎及KA致中枢神经变性病中的作用[D];吉林大学;2011年
10 朱威;KA活化的小胶质细胞来源的TNFα对在体和离体海马神经元兴奋毒性作用研究[D];华中科技大学;2010年
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1 杜梅娟;太赫兹回旋速调管注波互作用研究[D];电子科技大学;2011年
2 杨鸣;对8mm波段基波回旋速调管放大器模拟研究[D];电子科技大学;2006年
3 蒲友雷;8mm回旋速调管放大器双阳极磁控注入电子枪的研究[D];电子科技大学;2006年
4 王晖;回旋速调管谐振腔的计算[D];电子科技大学;2003年
5 孙富宇;EIO强流电子光学系统研究与设计[D];电子科技大学;2010年
6 王德;空间电子束焊枪电子光学系统的设计[D];兰州理工大学;2004年
7 冯海平;X波段速调管电子光学系统的研究[D];电子科技大学;2012年
8 吴浠桥;回旋速调管中的电子枪的设计[D];电子科技大学;2007年
9 戴伟;Ka波段波导裂缝阵列天线的设计[D];电子科技大学;2011年
10 鲁多;Ka波段瞬态微波幅相测试系统研究[D];电子科技大学;2011年
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