ka波段空间行波管设计及仿真的研究

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1、Ka波段空问行波管的设计及仿真研究摘要空间行波管作为一种重要的微波功率放大器件，被广泛应用于各类通信卫星上，它是星载合成孔径雷达(SAR)发射机和星载转发器的关键部件。在空间行波管的研制中，传统的经验设计方法很难综合性的进一步提高空间行波管的功率、增益、效率及带宽等性能，行波管的计算机辅助设计(CAD)技术已成为改进设计、提高性能的重要手段。本文应用电磁软件完成了Ka波段空间行波管电子枪及高频系统的设计与仿真研究，根据研究结果试制了行波管样管并对其进行了测试。主要的研究内容有：1．完成了行波管电子枪的

2、设计及模拟，计算出了电子注轨迹以及电位分布，得到了电子枪的注电流和导流系数。仿真研究了电子枪中各电极的尺寸误差、各电极相对位置误差、阴极温度波动以及阳极电压波动等因素对电子枪性能的影响。2．完成了行波管慢波结构的设计及模拟，对其色散特性和耦合阻抗进行了详细研究；完成了行波管周期永磁聚焦系统的模拟设计及优化，计算出了3D静磁场；利用电磁软件对行波管注一波互作用进行了仿真研究，详细分析了行波管的功率输出特性，在工作频带内行波管输出功率大于58．1W，电子效率大于15．2％，增益畸变小于2％。3．根据模拟设

3、计结果试制了行波管样管并进行测试，得出样管的输出功率大于45W，电子效率大于12．6％。最后将实测输出功率与模拟输出功率进行了比较，对二者存在差异的原因进行了分析。关键词：空间行波管；电子枪；慢波结构；注波互作用；电子效率；粒子模拟DesignandSimulationofKaBandSpaceTWTABSTRACTSpaceTWTwhichisknownasanimportantmicrowaVeampli蠡er，iswidelyusedi魏communicationsatellite．Itisth

4、ekeycomponentsofSpace_bomesynthetictadarandspace．borneforwarders．ItisvefydifjFiculttoprofnoteperfIormanceofTWTinpowef，gain，emciency，andbandwidthbytfadi熏ionaldesignmethodbasedonexperienee．TheCADtechnologyhasbecomeanilnportantlnelhodtonnproVethecapability

5、ofSpaceTWT．I珏thisthesis，theelectrongunandslowwaVesyste￡nofhelix-TWTisdesignedandsimulatedwithtllesoftware，andtheTWTsamplewhichbasedondesignresultsistested．Themainaehievementsofthisdissertationcanbeconcludedasf．ollows：l。Theelectrongunisdesignedandsil珏ula

6、ted，anditsperformanceparametersafepresen专ed．And重hevariousdeviationswhichhaveimpactontheperfornlanceofelectrongunaredetailedstudied．2．TheslowwaVestructtlfeisdesignedandsimulated，anditscolorscatteringcharacteristiccurVeandcouplingimpeda拄eearedetailedanaly

7、zed．Theperiodiepermanentmagnetfocusingsystemissimulatedandoptimized，andthestaticmagnetic甄eldispfesented。TheresultsofInteraction盘omPICsimulatio芏lshow也attheoutputpGwefismorethan58．1W雏ddistortionofgainislessthan2％atworkingfrequeney．3．Thesampleistestedandth

8、etestresultsshowt量lat毫hisdevicehastheoutputpowerofl魏orethan45W，theelectronice撒ciencyofmarethanl2．6％atworking矗equeney．Thedif．ferencebetweenthesimulationresultandtestresultisanalvzed．1(eywords：SpaceTWT；Electrongun；interacnon：Electr