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18-40GHz连续波行波管慢波电路仿真的研究

李国  
【摘要】:行波管具有频带宽﹑增益高﹑动态范围大和噪声低的特点,已成为雷达﹑电子对抗﹑中继通信﹑卫星通信﹑电视直播卫星﹑导航﹑遥感﹑遥控﹑遥测等电子设备的重要微波电子器件。现在,行波管已占到所有微波管销售额的50%以上。 在行波管中,慢波结构的基本作用是提供一个轴向传播速度接近于电子运动速度并且具有足够强的轴向电场的高频电磁波(TM波),此电磁波与电子注相互作用,使信号得到放大。慢波电路主要的特性和参量有色散特性、耦合阻抗等。 本文主要对慢波电路结构进行分析,并用德国CST公司开发的MAFIA软件进行模拟仿真,从色散平坦度、耦合阻抗两方面对不同的夹持杆形状、夹持方法与加载形式、夹持杆材料、螺旋线尺寸进行优化对比。优化结果表明:1)异形夹持杆等效加载效果较弱,但是耦合阻抗比其他形状夹持杆大很多,尤其是高端40GHz最为明显;2)进行加载后,不论那种加载形式,色散平坦度都大大的增加,色散变化从最大15.37%下降到最小0.92%;而耦合阻抗有所下降,与最佳加载结果下降13.7%;3)2根夹持的耦合阻抗明显高于3根、4根夹持,而色散特性相差不大;4)夹持杆材料氮化硼的色散跟耦合阻抗都明显高于其他几种材料,分析其区别,介电常数小的材料效果较好;5)螺旋线尺寸对色散与耦合阻抗影响最大的是其内径变化;6)二次谐波最大点在频率的最低端;最高端输出损耗最大。 最后,将最优结果带入“行波管CAD”大信号分析模块进行热测模拟,并对模拟结果进行了输出修正,得到了一个频率范围18-40GH、功率100W以上、增益超过40dB、电子效率大于8%、二次谐波比小于-3dBc的慢波电路结构,优化的慢波结构达到了研究目标。


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