有限厚度螺旋线慢波结构研究

论文摘要

行波管是微波电真空器件里面非常重要的一类器件,它的大功率、宽频带、低噪声特性受到了人们的普遍关注,在现代军事领域,尤其是电子对抗、卫星通信领域发挥着重要的作用。行波管中的慢波结构作为行波管的一个核心部件,它的性能的优劣直接决定着行波管的整体性能。因此,进一步提高慢波结构的性能以改善行波管宽带特性、提高工作频率和功率容量是行波管研究的重点和方向。螺旋线行波管是目前应用最为普遍的行波管之一,它的特点是色散弱,工作频带宽,但热耗散能力差,使得输出功率的提高受到限制。因此,如何在单个螺旋线行波管中保持宽频带特性的同时获得更大的连续波输出功率是行波管发展中的一个重要课题。基于此,本论文将对一类特殊的螺旋线——厚螺旋带慢波结构进行研究,由于它比常用的细螺旋线热传导能力强,热容量大,因而有更大输出功率的潜力。本论文利用场论的分析方法,在螺旋坐标系下,直接给出了螺旋带厚度区的场表达式,推导了厚螺旋带结构的色散方程和耦合阻抗表达式;也同时应用HOOK的等效模型给出了此结构的分析理论。通过数值计算,获得了两种模型下慢波结构的色散特性和耦合阻抗随结构几何尺寸和介质参数的变化规律;在此基础上,分别建立了注-波互作用线性理论,并计算了管子的小信号增益与电子注参数、结构参数之间的关系,获得了增加带宽或增益的途径。主要工作成果和创新之处在于:1.对有限厚度的螺旋线模型进行了分析,采用螺旋坐标系得出了螺旋带厚度区的场表达式以及色散方程,数值计算了螺旋线厚度对于螺旋线慢波系统的色散特性的影响;同时,从理论上与Hook螺旋线模型进行了比较,结果显示,利用本文获得的有限厚度螺旋带理论得出的色散曲线更接近于CST仿真模拟结果。2.利用场的边界条件以及电子注表面场的连续条件获得有限厚度螺旋带和HOOK螺旋带慢波结构的注-波互作用线性理论。对注波互作用线性理论研究表明:电子注的存在改善了系统的色散特性。提高电子注电流,增加电子注半径,合理选择结构尺寸,均可提高小信号增益。最后对本论文的研究工作进行了归纳总结,指出了进一步工作的侧重点和必要性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 行波管的发展史
• 1.2 目前行波管的水平
• 1.3 螺旋线行波管的工作原理
• 1.4 螺旋线慢波结构的发展和现状
• 1.5 本论文的主要工作和创新
• 1.6 整个论文的组织
• 第二章 HOOK 模型螺旋线结构理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 理论分析
• 2.2.1 色散方程推导
• 2.2.2 耦合阻抗计算
• 2.3 数值计算与结果分析
• 2.4 本章总结
• 第三章 有限厚度螺旋线结构理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 理论分析
• 3.2.1 色散方程推导
• 3.2.2 耦合阻抗计算
• 3.3 数值计算与结果分析
• 3.4 本章总结
• 第四章 HOOK 模型螺旋线行波管注波互作用线性理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 色散方程推导
• 4.3 数值计算及分析
• 4.4 本章总结
• 第五章 有限厚度螺旋线行波管注波互作用线性理论研究
• 5.1 引言
• 5.2 色散方程推导
• 5.3 数值计算及分析
• 5.4 本章总结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果