《W波段高次模行波管基礎理論及關鍵技術研究》是依託電子科技大學,由朱兆君擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：W波段高次模行波管基礎理論及關鍵技術研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱兆君
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
W波段的大功率行波管研究，是當今微波電真空器件的一個熱門方向和前沿課題。但隨著頻率的升高，電真空器件的尺寸急劇小型化，對加工和散熱提出了前所未有的挑戰。若採用高次模作為工作模式，可大大提高行波管的尺寸，降低加工難度，增大散熱能力，提高輸出功率。採用高次模作為行波管的工作模式，這是對傳統行波管採用基模作為工作模式的一種全新挑戰和概念顛覆。本項擬在W波段，研究行波管高次模工作的特性和機理，建立準確的理論和仿真模型，並最後實際設計出工作頻率為100GHz、平均輸出功率為1.2kW的高次模行波管。本項目旨在解決高次模與電子注的有效相互耦合，消除低次模及其他雜散模對工作模式的干擾以及防止自激振盪，針對高次模的特點合理選擇最優散熱結構等一系列關鍵技術問題。本項目的總體目標是通過理論分析和仿真最佳化，摸清高次模行波管工作的電特性和熱特性，為研製W波段的高功率管提供新的理論和工程參考。
結題摘要
隨著電子對抗技術以及戰場信息化的發展，軍用電子裝備的工作頻率不斷提高。工作頻段從微波逐步向毫米波、亞毫米波轉移。其中W頻段指75~110GHz的頻率範圍，屬於3毫米波段，這一波段在高數據率通信、高解析度雷達等中均有廣泛的套用前景。考慮到效率、功率和散熱等方面的原因，在W頻段採用微波電真空器件，相比於固態器件具有無法比擬的優越性。W波段的大功率行波管研究，是當今微波電真空器件的一個熱門方向和前沿課題。但隨著頻率的升高，W波段微波電真空器件的尺寸急劇小型化，對加工和散熱是一種挑戰。為了解決這一難題，提出了在行波管中，採用高次模作為工作模式的研究構想。本項研究了W波段行波管高次模工作的機理，包括電特性和熱特性的分析，具體內容為三個方面：（1）慢波結構高次模特性研究；（2）多頻互作用特性研究；（3）熱穩定性分析。通過研究，本項創新性的尋找到金屬翼片四脊載入的八邊形階梯膜片作為慢波結構，電子束通道為圓形孔，裝配為直接夾持在雙脊波導中。這種結構前六個模式同步工作點的頻率分別為42.6GHz、64.2GHz、68.3GHz、100.5GHz、128.6GHz、198.4GHz。我們需要的100.5GHz對應第四模，在電子束通道上具有電場強度為1.05e11 V/m。與高次模的提出者美國學者C.L. Kory相比，C.L. Kory採用第三模，而我們採用第四模，我們利用了更高階的模式，導致了結構尺寸在她的基礎上增大了約30%左右。同時，我們工作模式的縱向電場強度比她的也高了很多，這將進一步增強電子束與高次模的相互作用強度。我們最終設計出的管子工作頻率為100.5GHz，平均輸出功率為1.25kW，電子效率為17.8%。已經突破了C.L. Kory創下的世界最高水平，平均輸出功率和互作用效率得到了顯著的提高。同時，管子是熱穩定的。採用高次模作為行波管的工作模式，這是對傳統行波管採用基模作為工作模式的一種全新挑戰和概念顛覆，因此本項研究有很強的創新性。本課題有效解決了高次模工作的一系列關鍵技術問題。在具體研究中，採用了更高階的工作模式，相比前人大大提高了行波管的橫向尺寸，降低了加工難度，提高了散熱能力，進而將功率水平推進到一個新的高度。我們最終設計出的管型，在毫米波大功率領域有重要套用前景，將在高速通信、高解析度雷達等場合得到廣泛套用。
