过模弯曲圆波导模式变换器的分析

《过模弯曲圆波导模式变换器的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章引言核聚变方案中，需要将等离子体加热到极高的温度(108K)，利用微波的热效应可以对等离子体进行电子回旋共振加热是最重要的办法。那么，目前有可能用于电子回旋共振加热的高功率微波源有三个：回旋自谐振脉塞、回旋管和电子激光。其中，回旋管已经应用于实际的等离子体加热中了。(3)功率传输为了解决能源危机，科学家们提出一种方案是在太空中建立空间站把太阳能的直流功率转换成高功率微波后，向地面定向发射再变换回可以直接使用的直流功率。近年来，有些科学家提出用高功率微波在大气层中人造电离层，以保证即使是在太阳风暴强烈干扰电离层

2、时，雷达、卫星和长距离通信的工作状态仍正常。除此之外，高功率微波在工业、医疗、高能射频加速器、高功率雷达和冲击雷达等领域有着广泛的应用前景。反过来，这些需求和应用又推动着高功率微波技术进一步发展。1．2回旋管的发展及现状1958年澳大利亚天文学家特韦斯提出了电子回旋谐振受激辐射的机理，与此同时，前苏联学者卡帕洛夫也提出了考虑到相对论效应时回旋电子注与电磁波相互作用的新概念。1965年，美国学者从实验上完全证实了电子回旋受激辐射的机理，前苏联首先利用这一机理做出了真空管，并将它称为回旋管【3】。回旋管在毫米波，亚毫米

3、波段有着其他微波真空管无法比拟的优越性。经过几十年的发展，回旋管形成了一个庞大的家族，可以分为振荡管和放大管。回旋振荡管和回旋返波管是振荡管，回旋速调管、回旋行波管等为放大管。最先得到迅速发展的是回旋振荡管，现在也发展的比较成熟。俄罗斯的应物所，法国汤姆生，德国卡尔斯鲁厄研究中心等单位的产品均已达到很高的水平。但是由于回旋振荡管的工作机理，限制了它的应用范围，只能用于微波加热，陶瓷烧结等领域，因此研究人员将研究方向转向了回旋放大器件。继前苏联研制出第一支回旋速调管后，美国的Varian公司也研制出来了，它的工作频率

4、为28GHz，-1-_作模式为TEol模，输出功率为65KW；美国的NRL也对回旋速调管进行了研制，它的工作频率为4．5GHz，输出的峰值功率为54KW[41。回旋速调管是发展较快的～种回旋放大器件，在美国海军实验室研发的名为WARLOC(W-bandAdvancedRadarforLowobservablecontr01)高功率毫米波雷达中已装备了回旋速调管。由于军事及通信领域对高功率微波毫米波源频带的要求，3电子科技大学硕士学位论文另一种回旋放大器件即回旋行波管得到了各国的重视。但是在回旋行波管的发展和研究过程

5、中遇到了很多的问题，其中最重要的一项是管内的自激振荡，国内外研究人员在此问题上进行了大量和深入的研究和尝试。早在1980年，壁损耗技术由美国海军实验室首先用来抑制模式竞争，并得到了良好的结果。经过深入的理论分析和大量的模拟计算，台湾清华大学的朱国瑞教授领导下的回旋管研究组提出了一种新型的壁损耗技术即用分布衰减的波导段来做互作用段，该研究组利用此技术设计的回旋行波管在实验室测的结果如下：中心频率35GHz，峰值功率为93KW，增益为70dB，效率为26．55％，3dB带宽为3GHz[51。该研究组还运用了渐变波导结构

6、和渐变磁场，这些措施扩展了回旋行波管的频带。美国的NRL同样运用分布衰减结构设计出了高功率宽带的行波管，其在实验室中测得在工作频率为35GHz，工作模式为TElI模，注电压为70Kv，注电流为6A的情况下，达到的最大功率为92．2KW，ldB带宽为3．9GHz，增益为57．1dB，该单位采用的是双阳级磁控注入电子枪。在1991年，马里兰大学设计的回旋行波管在实验室测得增益为40dB，效率为25％，峰值功率为200KW，带宽为15％，此管的高频结构采用由模式变换器组成的链式高频结构，模式竞争得到了很好的抑制。加州大学

7、戴维斯分校在开槽波导的角向加有叠片，用此结构来作为互作用高频结构，有效的抑制了模式竞争。电子科技大学高能所回旋管教研室采用行波段波导开槽结构在抑制模式竞争取得很好的效果，并提出回旋速调行波管，即由回旋速调管和回旋行波管结合起来一起的一种管型，也得到了很好的效果。俄国的G．G．Denisov等人利用螺旋波纹波导作为互作用段设计的回旋行波管在实验室测得了很好的结果，在10GHz得到1．1MW的峰值功率，增益为47dB，带宽为10％，效率为20％。Vane加载波导结构、Fold折叠波导结构的、Confocal聚焦波导结构

8、等模式选择互作用电路都运用在回旋行波管中。除上面所述的使用新的高频结构外，还可以采用大回旋轨道理论和谐波倍频机制来设计回旋行波管，第一种设计的管子具有较好的稳定性，较高的增益和功率，第二种设计的管子能缩短互作用长度，达到抑制寄生模式的目的。现在对回旋管的研究主要采用计算机模拟，然后根据模拟所得参数进行制管。当前最主要的模拟的技术是粒子模拟技术(PIC)，根据