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微波圆柱和同轴腔高阶横磁模式及其输出耦合

2020-11-22阅读(969)

微波圆柱和同轴腔高阶横磁模式及其输出耦合

论文摘要

本文研究了微波圆柱和同轴谐振腔各阶TM模式的特性及其关联参数，给出了模式图；分析了其特性阻抗随腔体尺寸、频率和模式阶数变化的规律。对于圆柱腔，较低阶模的模式间隔较大。在低频段的低阶模可采用较大半径的腔体，而在高频段欲采用低阶模式就必须选用半径很小的腔体。这就限制了功率的提升。而同轴谐振腔在高频段的高阶TMn10模有较大的模式间隔。在同轴腔的长度以其横截面外半径取特定值时，腔内电场峰值位置处的轴向特性阻抗随内径的变化存在极大值；在高频段可以采用很大横截面的腔体结构和很高阶的模式；在给定的频率下，同轴腔体的横截面尺寸与TMn10模式的阶数几乎可以自由选择。理论计算结果与用电磁场软件的模拟结果相一致。所得规律可以为TM模式工作的微波谐振腔的设计提供指导。以避免设计初期冗长的模拟与试错实验，提高了设计的速度和准确性。 计算了微波圆柱和同轴谐振空腔TM模式的无载Q值随腔体尺寸和模式阶数等多种参数的变化规律。计算值与仿真值相符。这对于谐振腔的设计（例如高能加速器）有一定的参考意义。在同轴腔TM模式电场的极大值Ezm位置处引入带间隙的供电子束流通的细金属漂移管后，模拟分析了其结构的系列参数。 根据单端口微波网络的特性，以电磁场计算软件HFSS和ISFEL3D模拟了带漂移管同轴谐振腔TM310模式通过腔体侧壁的小孔和端接矩形波导基模的耦合，得到散射参数S11的幅值与相位随频率而变化的曲线和场分布；计算了输出腔的外Q值随耦合孔尺寸的变化；利用编程计算的腔体结构数据和ISFEL模拟的后处理文件数据，计算了输出腔TM310模式的复数间隙阻抗；为使输出谐振腔的特性阻抗有很好的均匀性，设计了腔内壁通过径向传输线与同轴线耦合的结构；模拟和比较了其不同结构的特性参数，得到了较为理想的结果。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 本论文的意义、创新点、问题和展望
  • 1.1.1 本论文的研究意义
  • 1.1.2 论文的任务和创新点
  • 一、任务
  • 二、创新点
  • 1.1.3 问题和展望
  • 1.2 速调管的发展史和国内外现状
  • 1.2.1 速调管的发展史
  • 1.2.2 国内外多注速调管的现状和发展趋势
  • 一、多注速调管的现状
  • 二、多注速调管的发展趋势
  • 1.3 速调管的结构与工作原理
  • 1.4 圆柱和同轴谐振腔的高阶横磁（TM）模式
  • 参考文献
  • 第二章 圆柱和同轴谐振腔的高阶横磁模式图及特性阻抗
  • 2.1 理论分析
  • 2.1.1 圆柱和同轴腔的TM谐振模式及其特性阻抗
  • 2.1.2 编程计算
  • 2.2 圆柱和同轴腔高阶TM模式图
  • 2.2.1 模式图
  • 2.2.2 高频段大横截面同轴腔结构的模式图
  • 一、较低阶模（n≤6）
  • 二、特高阶模（n≥10）
  • 2.3 特性阻抗分析
  • 2.3.1 特性阻抗
  • 2.3.2 同轴腔特性阻抗随内径b变化的极大值
  • 2.4 固定频率时腔体尺寸和谐振模式的选择
  • 2.5 结论
  • 参考文献
  • 第三章 圆柱和同轴谐振腔高阶横磁模式的无载Q值
  • 3.1 圆柱同轴腔TM模式的无载品质因数
  • 3.2 Q值的理论计算
  • 3.3 计算结果分析
  • 3.4 结论
  • 参考文献
  • 第四章 带漂移管同轴谐振腔的模拟研究
  • 4.1 部分电磁场仿真软件简介
  • 4.1.1 ISFEL 3D软件简介
  • 4.1.2 ANSOFT HFSS软件模拟
  • 4.2 带漂移管同轴腔参数的软件仿真
  • 4.3 几个范例分析
  • 4.4 结论
  • 参考文献
  • 第五章 同轴空腔与波导的孔径耦合
  • 5.1 引言
  • 5.2 谐振腔与波导耦合的等效电路
  • 5.3 计算输出腔的外Q值的反射系数相位法简介
  • 5.4 同轴腔与端接波导孔径耦合的模拟
  • 10模式矩形波导横截面尺寸'>5.4.1 TE10模式矩形波导横截面尺寸
  • 5.4.2 输出腔耦合端接矩形波导时外Q值的模拟
  • 5.5 结论
  • 参考文献
  • 第六章 带漂移管同轴腔与波导耦合的模拟
  • 6.1 引言
  • 6.2 外Q值的模拟
  • 2×b2=12×3mm2'>6.2.1 耦合孔径尺寸a2×b2=12×3mm2
  • 2×b2=9×3mm2'>6.2.2 耦合孔径尺寸a2×b2=9×3mm2
  • 2×b2=12×2mm2'>6.2.3 耦合孔径尺寸a2×b2=12×2mm2
  • 2×b2=14×3mm2'>6.2.4 耦合孔径尺寸a2×b2=14×3mm2
  • 6.2.5 同轴腔的内外半径改为b=12mm,a=26mm
  • 6.2.6 波导长度对模拟结果的影响
  • 6.3 输出腔间隙阻抗的模拟计算
  • m=20.75mm'>6.3.1 结构参数b=12mm,a=26mm,rm=20.75mm
  • m=18.86mm'>6.3.2 结构参数b=12mm,a=26mm,rm=18.86mm
  • 6.3.3 复数间隙阻抗的等效电路模型
  • 6.4 输出腔谐振场分布均匀性的调整
  • 6.4.1 短路线位置的调整及腔壁的凹陷坑结构的设计
  • 6.4.2 同轴腔内壁与同轴线的耦合
  • 6.5 结论
  • 参考文献
  • 第七章 结论
  • 7.1 本文理论研究结果
  • 7.2 模拟结果
  • 读博期间发表的相关论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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