回旋波整流器能量转换区和收集极的理论分析与仿真

论文摘要

随着社会的发展,无线输电技术越来越受到重视。无线输电由直流电源、微波源、发射天线、接收天线、微波整流器、变电设备和有线电网组成。其中最关键的是把微波的能量转变为直流电的整流器。整流器是实现未来大规模从空间向地面输送电能等无线输电工程应用的核心器件。回旋波整流器(cyclotron waverectifier)是一种新型电真空器件。它利用电子回旋加速的机理实现微波到直流的转换。输出功率大,电压高,效率已高达80%以上。本文主要进行了回旋波整流器的能量转换区和收集极的分析,用数值计算和软件仿真的方法进行的能量转换区的研究,用软件进行了收集极的三维仿真。本文首先对能量转换区进行了理论的分析,利用正则运动方程分析了电子在静磁场中的运动。对能量转换区中空间磁场的的计算方法进行了改进,从而使空间磁场的计算更加准确。推导了电子的运动方程,利用数值的方法进行了求解,数值计算的结果和仿真的结果吻合的很好。对能量转换区的主要物理问题进行了数值模拟研究,给出了典型的计算结果,并对能量转换区进行了软件的仿真。其次进行了收集极的分析,在收集极的分析中首先用EGUN程序进行了二维的近似计算,对磁场和电极电压进行了优化。根据二维计算的结果,进行了三维的模拟研究,使计算更加的准确。最后对静磁场进行了初步的研究,根据计算的结果,设计了系统所需要的磁场。最后对本论文的研究工作进行了归纳总结,指出了工作中的不足。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 回旋波整流器概述
• 1.2 回旋波整流器和无线输电技术
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 论文的组织形式及主要内容
• 第二章 能量转换区的理论分析
• 2.1 轴对称电磁场中电子的拉格朗日量
• 2.2 角向运动方程
• 2.3 纵向运动方程
• 2.4 径向运动方程
• 第三章 能量转换区的数值计算和仿真
• 3.1 基本方程
• 3.1.1 磁场的表达式
• 3.1.2 电子运动方程
• 3.1.3 磁场的计算
• 3.1.4 空间电荷力的计算
• 3.2 数值计算程序设计与验证
• 3.2.1 程序设计
• 3.2.2 典型计算结果与全电磁粒子模拟仿真的比较
• 3.3 主要物理问题数值计算研究
• 3.3.1 影响转换效率的因素
• 3.3.2 电子束半径的影响
• 3.3.3 初始能量比的影响
• 3.3.4 转换区长度的影响
• 0的影响'>3.3.5 系数C₀的影响
• 3.3.6 电流大小的影响
• 3.3.7 主要结论
• 3.4 能量转换区的仿真
• 第四章 收集极的仿真
• 4.1 收集极
• 4.1.1 收集极的工作原理
• 4.1.2 收集极收集原理
• 4.1.3 效率的计算
• 4.2 收集极的二维仿真
• 4.2.1 收集极极数的确定
• 4.2.2 EGUN程序简介
• 4.2.3 磁场的优化
• 4.2.4 电极电压的优化
• 4.3 收集极的三维仿真
• 4.4 小结
• 第五章 磁场的设计
• 5.1 磁场的实现
• 5.2 材料的选择
• 5.3 磁路磁场计算软件FEMM简介
• 5.4 软件计算结果
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 缺陷与不足
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得到研究成果