螺旋线行波管慢波结构及输入输出结构研究.pdf

摘 要
行波管是微波/毫米波电真空器件中最重要的器件之一，它具有高功率、高增
益、高效率、宽频带等优点，在通信、雷达、电子对抗等领域中得到了广泛的应
用，是国家重大专项的核心电子器件。“宽带大功率行波管 CAD 技术研究”是我
国独立提出的，是一项长期的国家级高科技课题，是行波管由设计到制管的关键
环节。电子科大从 2003 年起主动承担了该课题中最重要五个模块(电子枪、螺旋
线高频电路、互作用、收集极、聚焦系统)的研究任务，并开发了基于 Windows
系统的“宽带大功率行波管 CAD 集成环境”软件。
本学位论文在“宽带大功率行波管 CAD 技术研究”课题项目的指导下，基
于许多前辈研究学者们辛勤研究成果的基础上，对螺旋线行波管高频系统进行了
部分研究工作。
第一章首先介绍了行波管的发展状况，对螺旋线行波管 CAD 技术及高频系
统中的输能装置进行了介绍。
第二章以优化“宽带大功率行波管 CAD 集成环境”软件为目的，首先总结
了螺旋线行波管慢波系统高频特性分析方法；然后将螺带模型中传统的边界匹配
方法与 分析方法进行了详细的对比分析，指明了 分析方法在
计算精确度和实现复杂度上的优势。然而 的理论分析中没有考虑螺旋
带的厚度，国内学者段兆云在考虑螺旋带厚度的情况下得到了更加符合实际的结
果，因此本文提出在考虑螺旋带厚度的情况下将 分析方法应用于“宽
带大功率行波管 CAD 集成环境”的高频计算模块中。
第三章以优化“宽带大功率行波管 CAD 集成环境”软件为目的，在考虑螺
旋带厚度的情况下，基于 分析方法在 Visual C++ 平台下开发了高频
特性计算程序，并给出了该程序对三种不同类型夹持杆的螺旋线行波管慢波结构
的高频特性计算结果，此结果相对于将电流密度假设为一常数的处理方法的结果
更接近于 MAFIA 的计算结果；同时运用该程序计算分析螺旋线高频特性随螺旋
带宽度变化的情况，可以优化螺旋带的宽度，这对工程中螺旋带宽度的设计具有
实际意义；最后本章采用数学拟合的方法给出了螺旋线行波管谐波高频特性的计
算结果。
I
第四章对高频系统中的输能装置进行了研究。本文利用 CST MWS 设计出了
工作在 6～18GHz 的输入输出结构。仿真结果表明，同轴输入窗的驻波系数在整
个频带内小于 ；输出装置采用同轴线转双脊波导的方式，在整个频带内驻波
系数小于 。同时本文利用一个具体的工作在 6～18GHz 的高频结构对设计出的
输入输出结构进行了验证，驻波系数结果显示本文设计的输入输出结构能够很好
地满足工程需要，从而可以应用于 6～18GHz 的螺旋线行波管中。
第五章对全文进行了概括性的总结，指出了本文的主要工作。同时给出了下
一步研究工作的建议。
关键词：行波管，螺旋带，色散，耦合阻抗，拟合，耦合装置，双脊波导
II
Abstract
Traveling wave tube(TWT) is one of the most important equipments in electricity
vacuum equipments which is a kind of high power, high gain and broad-band
microwave millimeter wave amplifiers. They are widely used in communication, rader
system, and electronic warfare, taking an irreplace