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S波段高功率微波在线测量方法研究

S波段高功率微波在线测量方法研究

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作者：蔡伟鸿电子科技大学

学位级别：硕士

高功率微波测量作为微波系统的监测评估手段在微波领域发挥着重要作用,根据不同的原理将高功率微波测量方法划分为三大类:吸收式微波测量、辐射式微波测量、耦合式微波测量(在线测量)。相较于其他测量方法,耦合式微波测量利用耦合装置... 详细信息

高功率微波测量作为微波系统的监测评估手段在微波领域发挥着重要作用,根据不同的原理将高功率微波测量方法划分为三大类:吸收式微波测量、辐射式微波测量、耦合式微波测量(在线测量)。相较于其他测量方法,耦合式微波测量利用耦合装置将高功率微波分离出一小部分进行测量,通过测量计算小功率微波得到高功率微波,其具备动态测量、实时监测高功率微波源的运行状况以及能够胜任多种测试场景的测量工作等优势,被广泛应用于高功率微波的在线测量。目前,实用型高功率微波在线测量装置正朝着结构紧凑化、高功率容量、宽频带、长使用寿命等方向发展。传统的S波段矩形波导在线测量装置如波导定向耦合器、同轴电探针耦合器等,普遍存在结构庞大、功率容量较低等不足,为了克服这些不足,本文提出了一种基于扼流耦合结构的S波段新型高功率微波在线测量装置,将改进的扼流耦合结构应用于高功率微波在线测量,其利用扼流耦合结构对主线上的高功率微波进行弱耦合,并在末端结合同轴电探针对微波信号取样测量,有效避免了在探针或开孔处的局部场增强,从而提升功率容量,满足GW量级高功率微波测量需求。同时,该高功率微波在线测量装置结构紧凑、使用便捷、密封性能好,能够胜任不同场景下高功率微波的在线测量工作,有着较大的应用前景。本论文的主要工作及研究内容:1)为了克服传统在线测量装置的不足,针对实际的高功率微波测试场景提出一种基于扼流耦合结构的S波段新型高功率微波在线测量装置,阐述扼流耦合结构的基本原理以及所涉及的相关理论,分析将扼流耦合结构应用于高功率微波在线测量的可行性。2)根据扼流耦合结构的基本构造提出多种模型方案,通过CST仿真分析对比不同模型方案的性能差异,建立S波段(2.5 GHz～3.5 GHz)高功率微波在线测量装置的基准模型,并在基准模型之上研究设计一种基于扼流耦合结构的S波段高功率微波在线测量装置。仿真结果表明,本文所设计的在线测量装置功率容量为3.54 GW,其具备结构紧凑、高功率容量、使用便捷等优点。3)结合仿真模型以及实际测试场景,针对加工难题提出一整套切实有效的加工方案,采用分块组装思想设计Solidworks加工模型并进行实物加工,得到的实物尺寸为200 mm×200 mm×200 mm,具备较好的紧凑性。对加工样品做小信号测试,其中心频率2.9 GHz处的耦合度为49.52 d B,测试结果与仿真结果有着较好的吻合。4)对所设计的S波段高功率在线测量装置在实际测试场景下开展高功率微波实验研究,介绍了教研室所搭建的高功率微波实验平台,同时阐述了开展实验测试过程中所采用的方法和基本原理,在此基础上给出高功率微波信号的波形、频率、脉宽以及功率的实验结果,在线测量结果与辐射场测量结果的相对误差小于5%,紧接着分析两者存在差异的原因。通过实验验证了将扼流耦合结构应用于高功率微波在线测量的可行性,检验了该在线测量装置的性能,实验结果表明其气密性、功率容量、测量准确度等性能指标达到预期的设计要求。5)在保证结构紧凑、高功率容量性能指标的前提下,改进扼流耦合结构,将双脊波导应用于在线测量装置末端的扼流槽中,提升装置的耦合度平坦性以及工作带宽,其相对带宽从原来的9.86%提升至18.31%。最后对加工模型进行优化改进,在确保实际装配可行性条件下对在线测量装置的纵向尺寸进行压缩,优化后的模型尺寸为93 mm×200 mm×200 mm,更具紧凑性。

关键词： S波段高功率微波在线测量扼流耦合结构结构紧凑同轴电探针

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