矩形柵內(nèi)帶狀電子束注波互作用的研究.pdf

1、行波管是微波電真空器件中最主要的器件，廣泛應(yīng)用于毫米波雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等領(lǐng)域，它的性能直接決定著武器裝備的水平，因此對(duì)新型高功率短毫米波行波管的研究具有很重要的意義。本文以“矩形柵內(nèi)帶狀電子注波互作用的研究”為題，對(duì)一類新型的矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究。包括雙矩形柵的高頻特性理論的研究和冷腔特性的仿真、雙矩形柵內(nèi)帶狀電子注波互作用的大信號(hào)計(jì)算機(jī)模擬以及雙矩形柵輸入輸出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2、 首先介紹了電子器件的發(fā)展歷史，以及目前真空電子器件的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)矩形柵慢波結(jié)構(gòu)和行波管注波非線性互作用理論的國(guó)內(nèi)外研究狀況做了闡述。對(duì)電磁慢波結(jié)構(gòu)的特性和分析方法做了介紹，對(duì)與本文工作相關(guān)的軟件做了簡(jiǎn)要的說(shuō)明，然后對(duì)本文要研究的雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)做了相關(guān)理論上的研究。 在理論研究的基礎(chǔ)上，利用CST公司的電磁計(jì)算軟件CST(MWS)和MAFIA軟件模擬了3mm波段雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的冷參數(shù)特性，如色散特性和耦合阻抗，為下面將進(jìn)

3、行的研究打下了基礎(chǔ)。 本文重點(diǎn)研究了利用三維PIC軟件MAGIC對(duì)3mm波段的矩形雙柵慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)的帶狀電子注波互作用模擬，建立了相關(guān)的計(jì)算模型，給出了模擬的步驟。通過(guò)計(jì)算機(jī)三維模擬，看到了慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)電子注良好的群聚，由相空間圖可以看到，電子注很好地將能量交給了電磁波。通過(guò)多次建模計(jì)算，得到了飽和輸出功率和頻率的關(guān)系。飽和輸出功率為172.36W，增益為30.1dB。但是對(duì)于矩形柵慢波結(jié)構(gòu)而言，由于相速過(guò)高，導(dǎo)致工作電壓也很高，給

4、工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了困難。在計(jì)算機(jī)中建立的仿真模型中，帶狀注的聚焦可以采用wiggler磁場(chǎng)或者PCM聚焦，本文的計(jì)算模型還是采用的PCM方式來(lái)進(jìn)行聚焦，但在實(shí)際情況中，帶狀注的聚焦也是值得研究的一個(gè)方向，另外，為了保證帶狀束的良好通過(guò)率，所加的聚焦磁場(chǎng)是比較大的，所以使得注波互作用的效率不高，在今后的研究中可以嘗試再調(diào)試一下磁場(chǎng)的參數(shù)，以獲得一個(gè)更為理想的聚焦磁場(chǎng)來(lái)提高互作用的效率。 初步探討了雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的輸入輸出，利用CST