高功率微波馈源输出窗的热性能研究

论文摘要

近年来,随着高功率微波源功率水平的提高,在天馈系统中馈源输出窗损坏的现象越来越突出。造成输出窗损坏的原因主要有两种,第一种情况是,输出窗受到高能电子或离子的轰击引起二次电子倍增效应,结果在输出窗表面出现强烈的辉光放电,并使得输窗穿孔或破裂;第二种情况是,输出窗中高频损耗产生的热量过多,导致输出窗温度太高,由于材料热膨胀引起的强应力超出输出窗的承受能力,使输出窗破裂。本文重点探讨第二种情况,结合电磁场和热学知识,用时域有限差分法、有限元法分别计算了高功率微波在聚四氟乙烯输出窗中产生的温度分布,讨论了温度分布和功率、脉宽、重频的关系,给出了温度分布随时间变化的关系,并用有限元法计算得到了输出窗中的应力分布,为高功率微波馈源输出窗的设计提供了有效的分析工具。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 输出窗热性能研究的意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究方法概述
• 1.4 本论文的工作
• 第二章 输出窗内电场计算
• 2.1 馈源输出窗入射场计算
• 2.2 反射系数与透射系数
• 2.3 输出窗内场分布
• 第三章 时域有限差分法计算馈源输出窗的温度分布
• 3.1 热传导方程及边界条件
• 3.2 离散化处理
• 3.3 稳定性和收敛性
• 3.4 计算结果与分析
• 3.5 小结
• 第四章 有限元法计算馈源输出窗的温度分布
• 4.1 区域离散
• 4.2 单元插值
• 4.3 内部单元和第一类边界单元的积分计算
• 4.4 第三类边界单元的积分计算
• 4.5 有限单元法的总体合成
• 4.6 时间差分格式的选择
• 4.7 第一类边界条件的处理
• 4.8 计算结果与分析
• 4.9 小结
• 第五章 馈源输出窗热应力计算
• 5.1 位移函数
• 5.2 应变分量
• 5.3 初应变和热应力
• 5.4 刚度矩阵及热负载向量
• 5.5 应力分量的计算
• 5.6 节点处的热应力
• 5.7 计算结果与分析
• 5.8 小结
• 参考文献
• 致 谢