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X波段圆盘加载返波振荡器的特性研究

作　者: 袁家德
导　师: 蒙林
学　校: 电子科技大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 相对论返波管 同轴圆盘加载圆波导 慢波结构 色散曲线 耦合阻抗 小信号增益
分类号: TN752.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


高功率微波的重要研究领域之一是高功率微波源，而高功率微波源的核心部件是电子注与波进行互作用的场所，对返波管而言即为慢波系统，它的优劣直接影响高功率微波源的性能。本文中提出的慢波系统是内同轴圆盘加载结构。主要研究工作和创新点如下：一、首先提出了把内同轴圆盘加载结构作为相对论返波振荡器的慢波结构，从Maxwell方程组和Floquet定理出发，导出了电磁波在内同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM0n模式的色散曲线；数值分析了慢波结构的周期长度和槽深对器件色散特性的影响。二、运用场匹配法，推导出该慢波系统耦合阻抗表达式，并通过数值计算，讨论了慢波系统几何参量对耦合阻抗的影响。三、对内同轴圆盘加载返波振荡器中注波互作用线性理论进行了研究。利用场匹配方法，推导出此结构在小信号条件下的热色散方程，讨论了在给定几何参量的条件下，小信号增益与工作频率的关系。四、运用粒子模拟的方法，对设计好的内同轴圆盘加载结构的返波管进行粒子模拟，得出了各参数对输出功率和效率的影响规律，得出了一组优化值。研究结果表明该种器件具有一系列突出优点：同轴结构导体的存在，加大了电子注半径，在工作电流不变的情况下空间电荷效应大幅度降低，因而可工作在低磁场状态，聚束磁场仅需要0.7T。内同轴圆盘加载波导内场分布也有利于实现高效的注波互作用，且慢波结构在内导体上，加工很方便。因此该器件具有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 引言  10-18
  1.1 研究的意义及背景  10
  1.2 返波管振荡器的工作原理  10-11
  1.3 相对论返波管实验研究方面的工作  11-13
    1.3.1 三种主要的提高相对论返波管效率和输出功率的方法  11-12
    1.3.2 提高相对论返波管振荡频率方面的研究  12-13
    1.3.3 相对论返波管平均输出功率和脉宽提高方面的研究  13
  1.4 相对论返波管振荡器的理论研究  13-15
    1.4.1 分析相对论返波管高频结构特性的两种理论方法  13-14
    1.4.2 分析相对论返波管注波互作用的线性和非线性理论体系  14-15
  1.5 周期加载慢波结构的发展  15-16
  1.6 相对论返波管振荡器的发展趋势及关键技术  16-17
  1.7 本文的主要工作与创新  17-18
第二章 内同轴圆盘加载波导慢波结构的特性分析  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 内同轴圆盘加载慢波结构波导的色散方程  18-23
  2.3 数值计算  23-24
  2.4 数值分析  24-25
    2.4.1 周期长度对色散曲线的影响  24-25
    2.4.2 槽深对色散曲线的影响  25
  2.5 用HFSS软件画出的内同轴圆盘加载慢波结构的色散曲线  25-27
    2.5.1 用HFSS画色散曲线的原理  25-26
    2.5.2 HFSS计算结果分析  26-27
  2.6 耦合阻抗的研究  27-31
    2.6.1 耦合阻抗的公式推导  27-29
    2.6.2 对耦合阻抗公式的数值计算和分析  29-31
  2.7 结论  31-32
第三章 内同轴圆盘加载相对论返波振荡器的热腔特性分析  32-44
  3.1 引言  32
  3.2 内同轴圆盘加载慢波结构热腔色散方程推导  32-39
  3.3 算法分析  39-40
  3.4 数值计算  40-42
    3.4.1 周期长度对小信号增益的影响  41-42
    3.4.2 工作频率与小信号增益的关系  42
  3.5 结论  42-44
第四章 内同轴圆盘加载相对论返波振荡器的粒子模拟  44-56
  4.1 前言  44
  4.2 内同轴圆盘加载慢波结构相对论返波振荡器的粒子模拟  44-45
  4.3 影响输出功率和工作频率的参数  45-53
    4.3.1 周期长度的影响  45-47
    4.3.2 槽宽对输出功率的影响  47-48
    4.3.3 槽深对输出功率的影响  48-50
    4.3.4 内平均半径对输出功率的影响  50-51
    4.3.5 外径对输出功率的影响  51
    4.3.6 电子注半径到慢波结构距离对输出功率的影响  51-52
    4.3.7 外加磁场对输出功率的影响  52
    4.3.8 漂移段对输出功率的影响  52-53
  4.4 输出功率和频谱  53-55
  4.5 结论  55-56
第五章 全文总结  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-63
作者攻读硕士期间取得的成果  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 振荡技术、振荡器 > 振荡器 > 微波振荡器
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