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本文将锁相技术应用于磁控管工作系统中,锁相技术能够使磁控管由多频振荡工作状态转为点频振荡工作状态,进而可以利用这一特性对达到锁相状态的多支磁控管进行功率合成,得到大功率微波输出。根据磁控管的工作原理本文完成了L波段高效率磁控管设计方案,运用粒子模拟软件对磁控管自由振荡及锁相振荡进行了优化处理及模拟仿真,分析其内部工作特性,得到单管自由振荡时其输出功率达32kW,效率达到76％。对磁控管的锁相技术进行了研究,分析其锁相特性及不同的锁相方案,对高效率大功率磁控管作了理论分析与数值计算。以注入锁相、环路锁相及注入/环路锁相三种方法展开研究,其中注入锁相的锁相时间短,带宽较窄,环路锁相的锁相时间长,注入/环路锁相具有两者的优点。采用注入/环路锁相方法对现有的2458MHz磁控管进行锁频锁相实验验证,同时对两路达到锁相状态的磁控管进行功率合成实验研究。 实验中首先对磁控管单管进行锁相实验,验证了大功率磁控管锁相的可行性。通过输入一定功率、频率的注入信号,能够实现磁控管的频率锁定。实验发现:1)激励源注入功率越大时,锁相带宽越宽;2)电源波纹越小,磁控管锁相带宽越宽;3)不同磁控管类型的锁相特性不同;4)通过改变磁控管工作磁场,可拓展磁控管锁相带宽。然后从经由第一路锁相获得的锁相输出信号中耦合提取出部分信号,注入第二路锁相系统对第二支磁控管进行锁相,实验证实这种方法可使两路信号同时锁相。分别从两路微波输出信号中耦合出较小功率的信号,采用3dB功分器进行功率合成,当注入频率为2437~2444MHz时,合成效率≥70.8%,最大合成效率约为96.2%(2444MHz)。 实验结果表明:对磁控管单管、双管进行锁相研究,两种情况均能达到锁相状态,运用锁相技术对磁控管双管进行功率合成,能够得到较好的功率合成效果。