應(yīng)用于真空電子管的矩形柵慢波結(jié)構(gòu)冷特性的數(shù)值模擬.pdf

1、真空電子管作為大功率和高頻率韻電子器件，在雷達(dá)、電子對抗和通信等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。行波管是真空電子管的一大家族，慢波結(jié)構(gòu)是行波管的重要組成部分之一，是傳輸電磁波并使電磁波與電子注發(fā)生相互作用的部件。慢波結(jié)構(gòu)有螺旋線、耦合腔、梯形線、折疊波導(dǎo)、矩形柵等多種結(jié)構(gòu)形式。隨著雷達(dá)和通信系統(tǒng)工作頻率的提高，微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展為微波管的小型化和微型化提供了廣闊的前景。矩形柵慢波結(jié)構(gòu)是一種全金屬全封閉的慢波結(jié)構(gòu)，這種慢波結(jié)構(gòu)制造工藝相對簡單、成本

2、低，適合大規(guī)模生產(chǎn)，對于實際應(yīng)用具有重要的意義。 隨著計算機軟件技術(shù)的發(fā)展和計算機速度的提升，計算機模擬仿真技術(shù)在微波管設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用，世界上許多國家都積極發(fā)展計算機輔助設(shè)計技術(shù)，利用電子計算機來精確模擬微波管中電子與高頻場的相互作用，與必要的實驗相結(jié)合，可節(jié)省大量的設(shè)計時間，縮短研發(fā)周期。本文文采用理論分析與計算機模擬相結(jié)合的方法，研究了矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的色散和耦合阻抗，以及折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)損耗特性。 1.根據(jù)改進(jìn)

3、的單模近似理論，研究了應(yīng)用于微波管的矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的工作原理及電磁波在其中傳播的特性，如色散特性和耦合阻抗等，分析總結(jié)出相關(guān)的理論公式。論文系統(tǒng)總結(jié)了折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)色散和耦合阻抗的理論公式，以及其衰減特性的近似理論公式。 2.利用大型電磁場軟件MAFIA和MWS對雙面矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行模擬，利用周期性邊界條件對單個周期進(jìn)行研究，分析其場分布特性，計算了單個周期相移與諧振頻率的關(guān)系，利用MATLAB編制程序并繪出色散特性的

4、模擬曲線。通過曲線可以看出，雙面矩形柵慢波結(jié)構(gòu)對電磁波相速的降低作用并不很強，慢波比v/c的數(shù)值在0.5以上。 3.探討了用MAFIA計算雙面矩形柵慢波結(jié)構(gòu)耦合阻抗的方法，利用MATLAB編制程序并繪出了耦合阻抗曲線。通過曲線可以看出，雙面矩形柵慢波結(jié)構(gòu)在頻率為112-124GHz之間的耦合阻抗數(shù)值為0-40Ω。分析了雙面矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的柵高度、周期長度、柵間距以及單葉面到z軸的距離對其色散特性和耦合阻抗的影響，上下葉面錯位對色

5、散及耦合阻抗的影響。結(jié)果表明：增大槽深和周期長度，系統(tǒng)通帶變窄，耦合阻抗增大；周期長度不變，改變柵間距對冷特性影響不大；增大葉面間距，系統(tǒng)通帶變寬，耦合阻抗減??；上下葉面沿軸有半個周期的錯位時，系統(tǒng)的冷特性基本不變。對折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的損耗特性進(jìn)行了近似理論分析，數(shù)值計算了折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)中心工作頻率附近不同頻率點的功率損耗值，得到的結(jié)果與理論分析一致。分析了折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)波導(dǎo)窄邊尺寸及制管材料對其損耗的影響。結(jié)果表明：隨著金屬電導(dǎo)率