X波段大功率回旋波整流器的研究.pdf

1、電子在恒定導引磁場與交變電磁場中的運動，即回旋諧振機制，該機制廣泛存在并被人們所使用。直到今天，人們仍舊在不斷努力創(chuàng)新，對新的基于回旋諧振機制的電子器件展開研究。在這些電子器件中，最為人們所熟知的就是回旋管。事實上，還存在一些特殊的電子器件，其工作機理與回旋管略有差別，但同樣是基于回旋諧振工作的，這里面就包含回旋波整流器。
　　回旋波整流器是一種較為特殊的電真空器件，它依靠電子的橫向調制來工作，具有很高的互作用效率。整個回旋波整流

2、器包含電子槍，高頻諧振腔，能量轉換區(qū)，收集級以及負載電路這五部分。它可以把輸入的微波能量高效的轉變?yōu)橹绷麟娔?，在微波無線輸電技術中，回旋波整流器是關鍵性技術環(huán)節(jié)。
　　俄羅斯、美國以及日本很早就對回旋波整流器進行了深入的理論和實驗研究，并有多種型號的產(chǎn)品問世。國內對回旋波整流器的研究起步較晚，且主要都集中在S波段和C波段，對X波段大功率回旋波整流器的研究尚屬首次。
　　本論文主要對回旋波整流器的高頻諧振腔、能量轉換區(qū)以及收集

3、級展開研究，首先采用單電子運動分析、等效電路法以及CST仿真相結合的方法，較好的設計了高頻諧振腔以及相匹配的能量耦合輸入裝置，并優(yōu)化了電子注與諧振腔之間的匹配，保證了較高的互作用效率。對于能量轉換區(qū)，本論文先分析電子運動的規(guī)律，得到了滿足分布要求的磁場，通過Matlab數(shù)值計算進行優(yōu)化，并結合粒子模擬仿真軟件進行對比驗證，成功設計出了合理的能量轉換區(qū)結構參數(shù)以及磁場分布，保證了電子橫向動能轉換為縱向動能的效率。最后通過理論分析與粒子模擬

4、相結合的方法，設計了合理的降壓收集級結構與各級電壓，保證了最終的收集效率。成功設計出了工作頻率9.2GHz的回旋波整流器，其輸入功率10kW，高頻互作用區(qū)效率為96％，能量轉換區(qū)的效率為92%，收集級效率為91%，整體效率為80.3%。
　　此外，本文在考慮功率容量的基礎上，對更高功率的回旋波整流器設計展開分析，并在此基礎上設計了過模的高頻諧振腔，選定合適的工作模式，并優(yōu)化了過模諧振腔的互作用效率，最終的互作用效率為96%，驗證了