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应用于微波管的双开槽叶片加载慢波结构的研究

李宇  
【摘要】: 微型真空电子器件近年来得到了蓬勃的发展,这种器件的小型互作用电路的研发也取得了另人瞩目的成果,已经成为当前真空电子学领域的研究热点。微型真空电子器件充分结合了微波真空电子器件的工作原理和微细加工的特点,既适合高频、大功率应用,能够适应宽广的温度范围和强辐射环境,又实现了微细加工技术高精度、低成本、高可重复性等优势,满足高频器件对加工十分苛刻的要求。 慢波结构是行波管的重要组成部分,是传播电磁波并使电磁波与电子注发生相互作用的部件。慢波结构有螺旋线、耦合腔、梯形线、折叠波导等多种结构形式。叶片加载慢波电路是一种平面型电路,制造工艺相对简单、成本低、适合大规模生产,对于实际应用具有重要的意义。在行波管的研究和开发领域,依据以往制管经验进行工程设计仍然是很普遍的设计手段,工程设计的一个很大缺陷就是时间和材料的浪费。为了改进现有的设计手段,计算机辅助设计(CAD)的引入是非常必要的。 论文研究了应用于微波管的叶片加载慢波结构的工作原理及电磁波在其中的传播的特性,如色散特性、耦合阻抗和损耗特性等。利用软件对行波管慢波电路进行计算分析是行波管设计CAD技术中的重要手段。论文利用大型电磁场软件MWS和MAFIA对双开槽的叶片加载慢波结构进行模拟,利用周期边界条件对单个周期进行研究,分析了场的分布特性,计算了单个周期相称与谐振频率之间的关系,并绘出了色散特性的模拟曲线。研究了用电磁场仿真软件计算叶片加载慢波结构耦合阻抗的方法,通过公式法计算并绘出耦合阻抗的特性曲线。通过改变慢波系统的结构参数如开槽的宽度、叶片的高度、叶片的间距、底开槽的深度等,研究分析了对其色散特性、耦合阻抗的影响。 论文所得到的结果可以作为实际制管工作的指导,总结出的规律可作为改善微波管性能的根据,尤其是对其进行理论研究能够为将来研制出更大输出功率的短毫米波源和太赫兹真空器件奠定理论基础和指导,具有一定的应用价值。


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