W波段寬擴展互作用速調管諧振系統研究

2013-09-25 殷 勇 電子科技大學物理電子學院

  針對在高頻率、高效率、低磁場以及低電壓工作方面具有自身獨特優勢的擴展互作用速調管( EIK) 諧振系統進行了研究,主要目的是在保持其已有優勢的情況下增加帶寬。在EIK 諧振系統研究的基礎上,通過優化慢波結構和諧振腔來達到增加其帶寬的目的。在此基礎上完成了帶寬為2.8 GHz,工作在2P模式的寬帶EIK 諧振系統設計。

  W波段作為毫米波大氣窗口之一,位于毫米波到亞毫米波的結合區域,其在新一代寬帶通信、空間通訊、精確制導、數據轉發以及高分辨率雷達等方面有著廣泛的應用。能否發展出一種結構緊湊、高功率密度的小型化W 波段放大器對該頻段的發展和應用具有重要意義。同時,這也是真空電子技術向亞毫米波甚至太赫茲頻段擴展的必經之路。目前,真空電子技術領域的W 波段高功率放大器主要是由行波管來實現,行波管連續波輸出功率水平在幾十瓦左右,脈沖功率可以達到千瓦級。對于行波管來說,由于受到互作用電路尺寸的限制,慢波結構較長,同時功率容量有限,要實現千瓦級至數十千瓦級的連續波輸出相當困難。

  擴展互作用速調管(EIK) 在寬頻帶、高頻率、高效率、低磁場以及低電壓工作方面,具有自身獨特優勢,可以實現小型化,其在導彈導引頭、地面和空間高分辨雷達系統、寬帶通信等方面具有廣泛的應用空間。目前加拿大CPI 公司在W 波段已實現峰值功率3 kW,連續波功率100 W 的EIK 管型。為獲得寬帶EIK,通常是在同一個腔體內引入多間隙結構,使得EIK工作在多個模式,有報道稱采用這種方式的95 GHz 寬帶多模EIK 的工作帶寬可達到2.25GHz。

  本文對EIK 進行了研究,通過對擴展互作用諧振腔中兩個主要因素: 慢波結構和諧振腔的研究,指出了可通過優化慢波結構和諧振腔來增加其帶寬的方法。在此基礎上完成了帶寬為2.8GHz,工作在2P模式的寬帶EIK 諧振系統設計,對諧振系統的理論與仿真結果一致,滿足設計指標。

結論

  本文針對W 波段寬帶EIK 諧振系統進行了研究,通過采用準周期結構,實現了W 波段的寬帶EIK 諧振系統,同時指出了增加帶寬對慢波電路的耦合阻抗和整管工作效率的影響。在此基礎上對具有耦合輸入結構的EIK 諧振系統進行了仿真,結果表明該諧振系統的帶寬達2.8GHz,滿足工作帶寬大于2GHz 的W 波段EIK 設計指標。目前加工圖紙已交加工方,待完成后進行實驗測試。