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多腔速调管互作用区的程序设计

作　者: 梁源
导　师: 杨中海
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 速调管非线性理论注波互作用二维理论一维理论
分类号: TN122
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 44次
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内容摘要

速调管的主要特点是大功率、高效率和高增益,作为雷达发射机的末端,直接影响雷达的作用距离,军事应用主要在预警雷达、电子对抗和干扰系统,对国防装备的水平起着关键的作用,同时在通讯、高能粒子加速器、工业加热等方面也有很好的应用前景。计算机辅助设计(CAD)在器件的设计和分析方面的作用越来越大,可以缩短器件的研制周期,减小成本,对提高器件的性能有很大地促进作用,几乎新研制的各种速调管都采用了CAD技术。以多注速调管(MBK)的发展为例就可以看出CAD技术在微波管研究中所起的作用。无论是SBK还是MBK的研发,都借助于各种电磁软件和粒子模拟软件,计算机辅助设计和分析技术起着越来越大的作用,尤其是在提高器件性能、缩短研制周期、减小成本方面。目前几种商用软件已经用于SBK和MBK的设计和分析,如MAFIA、MAGIC、HFSS和ANSYS等,这些软件都可以用于谐振腔特性的计算,而且MAFIA和MAGIC还具有粒子模拟(PIC)的功能,并且已经用于速调管的模拟。注波互作用的分析与计算是真空电子器件CAD软件的重要内容,因为正是在注波互作用阶段电子交出动能,然后才可以转化为微波能量。研究速调管注波互作用的方法中,从积分方法方面看:主要有距离积分理论与时间积分理论。传统做法是在群聚段采用距离积分,在输出段转换为时间积分,这是因为到了输出段稳态相位公式不再成立。但是,在转换过程中并不能完全真实的反映实际物理过程。注波互作用还可以分为一维、二维、三维非线性理论。其中一维理论只考虑电子注的轴向运动。因为忽略了电子径向运动和高频径向场的影响,一维理论计算的效率要明显高于实际值。由于考虑了径向运动,二维理论要更准确,但仍然是不完善的。三维理论则综合考虑了轴向、径向、角向运动,因此是最准确的。一维理论的分析中,本论文采用传统的方法,即距离积分与时间积分的结合;二维理论的分析中,本文将由速调管径向与轴向的互作用方程组出发,结合有限厚度的电子圆环模型,依据时间积分原理对整个互作用过程进行处理。由于二维理论分析中本文没有采用漂移段用距离积分、输出段用时间积分的物理模型,因而也就避免了距离积分转时间积分时不太符合实际物理现象的问题。结合某S波段大功率速调管的物理参数以及自己编写的一维速调管程序对程序进行验证,结果表明:本程序基本符合实际情况。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-21
  1.1 速调管的发展简史  10-12
  1.2 速调管的工作原理  12-13
  1.3 速调管的主要应用  13-14
    1.3.1 在雷达系统的应用  13-14
    1.3.2 在加速器上的应用  14
    1.3.3 在国防和军事上及广播、电视和通讯上的应用  14
  1.4 研究现状和未来展望  14-17
  1.5 速调管CAD技术的作用与发展  17-18
  1.6 学位论文的工作与贡献  18-21
第二章速调管群聚理论分析  21-29
  2.1 速调管速度调制的基本物理过程  21
  2.2 速调管空间电荷波理论  21-22
  2.3 速调管大讯号理论  22-28
    2.3.1 速调管中电子运动的普遍力方程  22-23
    2.3.2 圆柱系统的空间电荷场的表达式  23-28
  2.4 聚焦磁场  28-29
第三章速调管一维非线性理论与数值分析  29-46
  3.1 速调管一维非线性理论简介  29-30
  3.2 电子圆盘运动方程及其与群聚腔的互作用分析  30-36
    3.2.1 电子圆盘运动方程  30-32
    3.2.2 谐振腔的参数确定  32-34
    3.2.3 与输入腔及群聚腔的互作用  34-35
    3.2.4 优质因子的讨论  35-36
  3.3 速调管一维非线性的时间积分理论  36-39
    3.3.1 速调管输出间隙处距离积分到时间积分的转换  36-37
    3.3.2 电子圆盘的相对论运动方程及其差分形式  37-38
    3.3.3 高频电压的确定及效率的计算  38-39
  3.4 数值分析与程序流程  39-46
    3.4.1 一维理论计算方法  39-41
    3.4.2 一维理论数值分析  41-44
    3.4.3 程序流程图  44-46
第四章速调管二维非线性理论与数值分析  46-67
  4.1 速调管二维非线性理论简介  46-47
  4.2 非线性互作用方程组  47-53
    4.2.1 以时间积分表达的非线性运动方程组的推导  47-50
    4.2.2 以距离积分表达的非线性运动方程组的推导  50-51
    4.2.3 输出间隙高频电压的确定及速调管效率的计算  51-53
  4.3 二维理论的数值分析  53-65
    4.3.1 空间电荷力的分析与讨论  53-57
    4.3.2 互作用区电子群聚的数值分析  57-65
  4.4 二维非线性程序的流程图  65-67
第五章速调管非线性理论的数值分析结果的验证  67-73
  5.1 引言  67
  5.2 MAGIC运行结果分析  67-71
  5.3 与实际管型参数的对比分析  71-73
第六章总结  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
攻硕期间取得的研究成果  79

多腔速调管互作用区的程序设计

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