等離子體填充的耦合腔行波管的大信號特性研究.pdf

1、近年來,國內(nèi)外許多研究表明,在微波器件中填充背景等離子體后,其性能將得到改善.在同樣的輸入條件下,帶寬、互作用效率、功率和增益都有顯著增加.該論文對等離子體—腔混合模耦合腔行波管的注波互作用大信號特性進行了討論.一、研究了等離子體—腔混合模的形成以及"冷"帶寬和"熱"帶寬的展寬效應(yīng).當(dāng)填充的等離子體密度到一定值后,腔模和TG模式發(fā)生部分重疊時,兩者相互耦合,即形成所謂的等離子體—腔混合模式,此時原來獨立的腔模模式和TG模式不再獨立.工作

2、在混合模式下,其冷帶寬大大增寬.且可以調(diào)整某一電子注參量,使其空間電荷波的曲線與某一混合模式的相切部分變大,而不僅僅是相交于一點,因而大大改善了其"熱"帶寬效應(yīng).同時,工作于混合模式時,其耦合阻抗比真空時提高了近5倍,因此在填充等離子體后,耦合腔鏈的慢波特性得到了顯著的改善.二、推導(dǎo)了大信號理論的自洽方程組.包括考慮了相對論條件下的電子運動方程和反向輻射影響下的線路方程,以及高頻電子流n次諧波的復(fù)振幅方程,并進行了歸一化.此方程組即研究

3、注波互作用大信號特性的基礎(chǔ)方程組.三、用分離變量法推導(dǎo)了空間電荷場的電位方程,并借鑒田炳耕荷電圓盤模型求解出空間電荷場.由于等離子體的各向異性的性質(zhì),它滿足普遍的靜電位方程,文中給出了此普遍靜電位方程的詳細解法.研究發(fā)現(xiàn)電子通道填充背景等離子體,其空間電荷與真空中的有本質(zhì)差別.真空中的空間電荷場呈指數(shù)衰減趨勢,而填充背景等離子體的空間電荷場為振蕩形式且向遠處傳播.此即為填充背景等離子體的空間電荷場對互作用影響與真空背景時不同的原因所在.

4、四、采用四階Runge-Kutta算法,用VC++編程實現(xiàn)了其大信號特性的仿真.在填充等離子體后效率達到40％以上,比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提高.同時比較分析了是否考慮空間電荷場時其效率、功率和增益的變化,發(fā)現(xiàn)考慮了空間電荷場時效率增加,而且飽和長度也縮短.而在真空中,考慮空間電荷場比不考慮空間電荷場時的飽和位置推后,效率等參量飽和值降低.兩個現(xiàn)象正好相反,是一個本質(zhì)差別.最后分析了輸入功率和填充不同密度背景等離子體時對其注波