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C波段同轴磁控管研制

  C波段同轴磁控管研制_物理_自然科学_专业资料。· 研 究 与 设 计 · C波 段 同轴 磁 控 管研 制 李会成 ,杨金 生 ,朱 程 ,谢 磊 ,雷雪峰 ,陈 菲 (JL京 真 空 电子 技 术 研 究 所 ,北 京 100015)

  · 研 究 与 设 计 · C波 段 同轴 磁 控 管研 制 李会成 ,杨金 生 ,朱 程 ,谢 磊 ,雷雪峰 ,陈 菲 (JL京 真 空 电子 技 术 研 究 所 ,北 京 100015) Developm entofaC—bandCoaxialM agnetron LIH ui—cheng,YANGJin—sheng,ZHU—Cheng,XIE—Lei,LEIXue—feng,CHENFei (BeijingVacuumElectronicsResearchInstitute,Beijing100015,China) Abstract:Thedesignm ethodanddevelopingprocessofaC—bandcoaxialm agnetronforw eatherradar applicationsareintroduced. ThedesignprocessisgreatlyacceleratedbyusingsoftwareM ATLABand CST. Thecoaxialm agnetronhasapeakoutputpowerabove500kW withefficiencymorethan40 in 600M H zbandwidth. Keywords:C—band,Coaxialmagnetron,M ATLAB,CST 摘 要 :本 文 主 要 介 绍 了 应 用 于 气 象 雷 达 的 C波 段 同轴 磁 控 管 的 研 制 过 程 和 设 计 方 法 ,设 计 过 程 中 利 用 MATLAB数 值 计 算 程 序 和 CST 微 波 仿 真 软 件 ,可 以 大 大 加 快 同 轴 磁 控 管 的 设 计 进 程 。该 同轴 磁 控 管 脉 冲 输 出 功 率 大 于 500kW ,效 率 大 于 4O% ,调 谐 带 宽 600M Hz。 关 键 词 :C波 段 ;同轴 磁 控 管 ;MATLAB;CST 中 图分 类号 :TN123 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1002—8935(2016)03-0001—04 磁 控管 由于 具 有 体 积 小 、重量 轻 、工作 电压 低 、 效率 高 、输 出功率 大等 优点 ,已广 泛用 于雷 达 、导航 、 工业 加 热 、医疗 、食 品工 业 等多个 领域 。同轴磁 控管 与普 通磁 控管 相 比 ,具 有 频 率 稳定 性 好 、效 率 高 、寿 命 长 、调 谐范 围 宽 、效 率 高 等 优 点 ,目前 在 雷 达 的使 用方 面 已经 开始 逐步取 代 普通磁 控 管 。同轴磁 控管 作 为气 象雷 达和 大 功率 干 扰 机 的核 心 器件 ,仍具 有 一 定 的 生 命 力 。 本 文介 绍 了一种 C波 段 同轴磁 控 的 研制 ,其 主 要参 数 要求 如表 1所示 。 表 1 主 要 参 数 要 求 工 作 频 带 /GHz 脉 冲 宽 度 /.s 工 作 比 脉 冲 电压 /kV 阳极 脉 冲 电 流/A 脉 冲 功 率 /kw 6.2~ 6.8 2 ≤ 1‰ ≤ 35 ≤ 45 ≥ 500 1.1 内腔 计 算 同轴 磁 控 管 的 内腔采 用 扇形 腔 结 构 ,互作 用 空 间设 计 是 其 关 键 部 分 ,它 的几 何 尺 寸 和 电 气 参 数 直 接影 响磁 控管 的 工作 性 能 。互 作 用 空 间 的设 计 主要 是 对 其 三个 形 状参 数 即 谐 振 腔数 目 、阴 阳极 直 径 比、叶缝 比 进行 合 理选 取 ,这 些 参数 的选取 可 以参 照 磁 控管 设 计 手 册 和 同类 型磁 控 管 进 行 选 择 。 以下 主 要 介 绍 内腔 设 计 过 程 中最 难 计 算 的 部 分 ,即求解 内腔 圆筒 直径 D,使 其 无缝 内腔频 率 满足 设计 要求 。因扇形谐 振腔 的输 入导纳 为 : j√ (1) 式 中 ,h为谐振 腔 阳极高度 ;r0,r,如 图 1中所 示 尺 寸 , 一 ,n为谐振 腔数 目;J。、J为零 阶和一 阶 1 高 频 结 构 设 计 同轴 磁控 管 的谐 振腔 是 由 内腔 和外 腔组 成 的复 合腔 ,复合 腔 的设计 包括 内腔 和外 腔 的设 计计 算 。 第一 类 贝塞尔 函数 ;N。、N为 零 阶和 一 阶第 二 类 贝 塞尔 函数 。 由图 1可 得扇形 腔各 尺寸 结构关 系 : 2016- 03 和 调谐行 程 的计 算 。在 选 取 内外 腔 直 径 比后 ,可 以 根 据频 率范 围计 算 其 调谐 行 程 ,使 其 满 足 工 作 频 率 范 围要 求 。实 际设 计 调谐 机 构调 谐 行 程 时 ,应 留有 一 定 的余 量 ,从 而保 证 实 际 工 作 频 带 大 于理 论 计 算 工作频 带 ,以防焊接 后调 谐机 构行 程不 够 ,同时避 免 管子 实 际工作 过程 中调 谐机 构在 工作频 率 边带 出现 卡死 或损 坏 的问题 出现 。 1.3 干扰模 式 抑制 同轴 磁控 管 的干 扰模 抑 制 尤 为重 要 ,其 主 要 干 图 1 扇 形 谐 振 腔 扰模 式 包 括 :外 腔 TE 模 和 内腔 壁 的 隙 缝 模 和 外 腔 中的 TM 模]。根 据 以往 制 管 经 验 ,对 工 作 模 式 D一 — — 一 2sin 旦 TE。干 扰最 严重 的通 常是 TE 模式 和 隙缝模 。 对 于隙 缝模

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