W波段介質(zhì)加載回旋行波管高頻結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在毫米波領(lǐng)域回旋行波管較普通行波管相比，有著高功率、高效率、高增益、寬頻帶等優(yōu)勢(shì)。隨著第一支回旋行波管問(wèn)世以來(lái)，回旋行波管日益受到各國(guó)的重視。但是回旋行波管的工作機(jī)理導(dǎo)致其容易產(chǎn)生振蕩。抑制振蕩一直是設(shè)計(jì)回旋行波管的首要任務(wù)。輸入輸出系統(tǒng)的好壞也決定了行波管的整體性能，輸入輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也十分重要。
　　本文設(shè)計(jì)回旋行波管高頻結(jié)構(gòu)的主要思路就是如何抑制回旋行波管振蕩。本文在分析了回旋行波管的基本理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了回旋行波管的色散

2、方程，分析了介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)的理論，對(duì)輸入輸出系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析。通過(guò)數(shù)值計(jì)算，設(shè)計(jì)出工作條件為工作電壓50KV、電子注電流2A、電子橫縱速度比1.3的一種W波段介質(zhì)和銅環(huán)周期加載高頻結(jié)構(gòu)，將其在MAGIC中進(jìn)行了仿真優(yōu)化，獲得了最高輸出功率25.9KW、中心頻率輸出效率25.9％，最大飽和增益71dB、絕對(duì)帶寬5.1GHz的輸出效果。在數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了輸入輸出結(jié)構(gòu)，并用 HFSS和ANSYS進(jìn)行了分析。
　　本文主要內(nèi)容包括：

3、
　　1、用小信號(hào)理論對(duì)回旋行波管的注-波互作用理論進(jìn)行了分析，并建立了回旋行波管色散方程。在色散方程的基礎(chǔ)上繪制了回旋行波管色散關(guān)系曲線(xiàn)圖，分析了自激振蕩和返波震蕩的產(chǎn)生物理機(jī)理。就反射信號(hào)對(duì)回旋行波管工作穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了理論推導(dǎo)。并就以上分析為依據(jù)計(jì)算出了起振電流，起振長(zhǎng)度等參數(shù)。確定出包括各模式在內(nèi)的抑制振蕩的起振長(zhǎng)度不能超過(guò)2.35cm的結(jié)果。
　　2、用大信號(hào)理論對(duì)回旋行波管的增益進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得

4、出了光滑波導(dǎo)的長(zhǎng)度和增益的關(guān)系。計(jì)算出達(dá)到飽和輸出點(diǎn)的互作用長(zhǎng)度為14cm。
　　3、推導(dǎo)了介質(zhì)和銅環(huán)周期加載高頻結(jié)構(gòu)的工作理論，推導(dǎo)了周期介質(zhì)和銅環(huán)條件下的增益理論。計(jì)算了單位衰減和起振長(zhǎng)度的關(guān)系。對(duì)周期加載結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了一個(gè)初步的高頻結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　4、對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行了MAGIC模擬。通過(guò)綜合分析模擬結(jié)果，確定最終結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：高頻互作用結(jié)構(gòu)半徑0.2cm，高頻互作用光滑段2.3cm，周期加載段長(zhǎng)度為11.