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《电子科技大学》 2011年
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卷绕双梳齿慢波结构中的注波互作用研究

刘文渊  
【摘要】:行波管在雷达、卫星通讯、遥感、辐射测量等方面显示了巨大的应用潜力。现阶段,行波管在线性度和效率方面虽有了很大的进展,但由于受自身互作用机制的限制,提高线性度的同时往往要牺牲效率,为从根本上解决这一矛盾需要探索新型互作用机制的行波管。其中,本文研究的圆极化行波管是利用电子束中的慢同步波和圆极化波进行注-波互作用的一类行波管。区别于传统的纵向互作用机制行波管,圆极化行波管的互作用机制为横向互作用机制,其注-波互作用时,电子束沿着纵向的中心轴线呈三维的螺旋分布。因此电子束产生的空间电荷效应较弱,从而可以使圆极化行波管具有较好的线性特性。 本论文主要内容和创新点如下: (1)总结了国内外圆极化行波管领域所做的研究工作,介绍了单电子在圆极化场作用下的运动情况,以帮助理解圆极化行波管的基本工作原理。 (2)在前人利用MAGIC研究右旋卷绕双梳齿慢波结构的基础上,本文利用CST软件研究了左旋卷绕双梳齿慢波结构中电压、电子束电流、聚焦磁场、输入功率等电气参数的改变对注-波互作用的影响,得到了2.1GHz处,输入电流为0.4A时,最高输出功率可以接近3000W,单个大周期增益超过2dB。 (3)利用CST软件对S波段卷绕双梳齿慢波结构圆极化行波管的色散情况进行了计算机仿真。首次研究了此慢波结构中电子注通道半径、扇形角度、螺旋角度、长梳齿间距、梳齿高度等尺寸参数的改变对色散特性及注-波互作用的影响。找到了合适的结构尺寸参数,使得器件幅频特性的线性度得到了较好的提升,频带内输出功率达到1200瓦,带宽达到1.2GHz,相对带宽达到43%。 (4)利用CST软件研究了卷绕双梳齿慢波结构在C波段的色散特性及传输特性,并对注-波互作用进行了粒子模拟。当输入功率为1W时,在4.05GHz得到六周期时的输出功率可以达到33.1W,增益达到15.2dB,即单个周期增益超过2.5dB。同时研究了不同互作用数对输出功率的影响,周期数从六周期增大到十二周期,最大输出功率从33.1W增加到2040W,增益达到33.10dB,电子效率接近13%。最后调整了十周期时模型的梳齿高度,使3dB增益带宽达到700MHz,即从4.15GHz至4.85GHz均达到150W以上,频带内增益超过21dB。 上述研究可为进一步理解与研制横向互作用机制行波管奠定基础。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN124

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