同軸加載圓波導(dǎo)慢波系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)代軍事技術(shù)的需求為高功率微波的發(fā)展提供了良好的環(huán)境，高功率微波源作為高功率微波的重要研究領(lǐng)域也迅速發(fā)展起來。而高功率微波源的核心部件是電子注與波進行互作用的場所，對行波管而言即為慢波系統(tǒng)，它的優(yōu)劣直接影響高功率微波源的性能。全金屬慢波結(jié)構(gòu)因其尺寸大、熱耗散能力強、整體性能好等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于寬帶、大功率行波管和相對論行波管中，而膜片周期加載慢波系統(tǒng)正是全金屬結(jié)構(gòu)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一大類結(jié)構(gòu)。本文在傳統(tǒng)膜片加載慢波系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出

2、了一類新型的同軸膜片周期加載慢波結(jié)構(gòu)，從理論分析、數(shù)值模擬及實驗驗證幾個方面對其進行了全面深入的研究。本論文主要的工作成果為： 一、首次提出一類同軸階梯形膜片加載慢波系統(tǒng)，利用嚴(yán)格的場匹配法，推導(dǎo)出色散方程和耦合阻抗的表達式。色散方程表達式可以作為一種通用形式用來研究同軸或非同軸的脊加載和普通膜片加載結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值計算，不僅比較了不同形式加載結(jié)構(gòu)的色散特性差別，還詳細(xì)研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對色散特性和耦合阻抗的影響。和同軸脊加載以及普通

3、膜片加載結(jié)構(gòu)相比，同軸階梯形加載結(jié)構(gòu)的帶寬最寬。 二、利用具有環(huán)形電子注的平衡態(tài)模型，通過場匹配法，建立了同軸階梯形膜片加載慢波系統(tǒng)的注波互作用自洽場理論，得到了此結(jié)構(gòu)在小信號條件下的熱色散方程。數(shù)值分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)和電子注參數(shù)對增益和色散的影響，該結(jié)構(gòu)的3dB帶寬可達30％，從而為相對論行波管發(fā)現(xiàn)了一種新型的寬帶大功率慢波結(jié)構(gòu)。 三、提出了分析任意槽形膜片加載慢波結(jié)構(gòu)的一種普遍分析方法，它用一系列矩形階梯來近似槽區(qū)的邊界

4、。這一方法適合于分析任何膜片邊界或膜片間的槽邊界光滑或有較大突變的結(jié)構(gòu)，因此也可用來分析同軸階梯形膜片加載波導(dǎo)。利用此法獲得了同軸任意槽形膜片加載結(jié)構(gòu)的普遍色散方程和耦合阻抗表達式。通過數(shù)值運算得到了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對色散特性和耦合阻抗的影響，并比較了五種特殊形狀槽形膜片加載結(jié)構(gòu)的高頻特性，相同尺寸下三角形槽的帶寬最寬，但耦合阻抗最低。 四、分析了同軸任意槽形膜片加載圓波導(dǎo)的注波互作用的線性理論，得到了小信號條件下的色散方程。比較了