同轴交错膜片加载慢波线的研究

论文摘要

随着现代高技术战争的发展,对大功率微波电子管提出了新的需求,并为其发展提供了良好的环境,促使真空电子器件向更大功率、更宽频带、高效率和高可靠性方向快速发展。高功率微波的重要研究领域之一是高功率微波源,对行波管而言慢波系统的优劣直接影响着高功率微波源的性能。本论文讨论了一种新型的全金属慢波结构─同轴交错膜片加载慢波线。由于是全金属结构,此结构具备尺寸大、散热性能好、易加工的特点。本文从理论分析和实验研究两方面着手,对同轴交错膜片加载慢波结构的高频特性进行了深入的研究。主要工作成果与创新之处在于: 一. 首先完善了忽略膜片厚度时同轴交错膜片加载慢波线的理论分析,采用变分法和贝塞尔函数的正交性导出其色散方程,并对理论结果进行了数值计算。通过对计算结果的比较可以看出,当我们适当地改变同轴交错膜片加载慢波线的尺寸参数时,可以不同程度地影响其色散特性。同时把此结构与其他具有周期性同轴膜片加载的结构进行了比较,可以看出,当选择的参数适当时,同轴交错膜片加载慢波线能够得到很宽的带宽(远远超过50%),色散非常弱,明显优于非交错或单向同轴膜片加载慢波线的结构。二. 首次将膜片厚度引入同轴交错膜片加载慢波线的分析中。重新对慢波结构的场分布进行了分区求解,利用严格的场匹配方法推导出该结构的色散方程。详细讨论了慢波结构几何尺寸对色散特性的影响。虽然考虑厚度时同轴膜片加载慢波线的带宽没有忽略厚度时的宽,但其工作通带的频率要比忽略厚度情况下高一倍左右。三. 首次对同轴交错膜片加载慢波结构的耦合阻抗进行了研究。利用储能定理推导出系统的耦合阻抗表达式。通过数值计算可以看出,当改变同轴交错膜片加载慢波线的结构尺寸时,系统的色散特性和耦合阻抗均有不同程度的改变。选择适合的参数,就能得到更宽的带宽且有较弱的色散,同时又能提高耦合阻抗。理论分析为后面的实验奠定了基础,并提供了有效的模型参数。四. 根据理论分析的结果,首次制作出具有一定膜片厚度的同轴交错膜片加载慢波结构的模型,采用谐振法对该模型进行“冷”色散实验研究。实验结果表明:理论分析的结果与实验所得的数据符合良好,验证了理论分析的准确性和可靠性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大功率行波管新型慢波线技术的进展
• 1.2.1 全金属慢波结构简介
• 1.2.2 周期加载慢波结构的发展
• 1.3 同轴交错膜片加载慢波结构的研究历史
• 1.4 本论文的主要工作和创新
• 第二章 忽略膜片厚度的同轴交错膜片加载慢波线的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 忽略膜片厚度的同轴交错膜片加载慢波线的色散方程
• 0n模式的场分量'>2.2.1 TM_0n模式的场分量
• 2.2.2 色散方程
• 1,E₂'>2.2.3 试验函数E₁,E₂
• 2.3 数值计算结果及分析
• 2.3.1 各种参数变化对色散特性的影响
• 2.3.2 几种特殊结构的分析
• 2.4 小结
• 第三章 考虑膜片厚度的同轴交错膜片加载慢波线高频特性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 色散方程的推导
• 3.2.1 各区域的场表达式
• 3.2.2 场的匹配
• nII、Bn_II、An_IV、Bn_IV的求解'>3.2.3 幅值系数A_nII、Bn_II、An_IV、Bn_IV的求解
• 3.2.4 色散方程
• 3.3 数值计算结果及分析
• 3.3.1 各种参数变化对色散特性的影响
• 3.3.2 结论
• 3.4 耦合阻抗
• 3.4.1 耦合阻抗的推导
• 3.4.2 耦合阻抗的数值计算结果及分析
• 3.5 小结
• 第四章 同轴交错膜片加载慢波线的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 测量原理及方法
• 4.3 实验模型的确定
• 4.4 测试系统
• 4.5 实验结果与分析
• 4.6 小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献