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《电子科技大学》 2003年
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高功率微波传输线及模式变换研究

牛新建  
【摘要】: 回旋管是一种重要的新型毫米波器件,具有高峰值功率、高平均功率、高增益、高效率、适当带宽等优点,很适合作毫米波雷达、相控阵雷达、通信及电子对抗、受控热核聚变、工业加工等系统用功率源。作为高能量的微波传输和模式转换部分是回旋管的重要部份,它使回旋管的能量以有效的方式传输和辐射。因此,具有重要的研究价值和应用价值。本论文工作是在“九·五”预研项目, “十·五”预研项目, “十·五”高技术863的资助下,对几种回旋管和高功率微波器件的微波传输和模式转换部分作了全面深入的理论和数值模拟研究,设计加工模式变换器已成功的应用于西北核技术研究所的实验中。本论文的主要工作和贡献在于: 1. 研究了过模圆波导轴线弯曲波导和半径微扰变形中的模式耦合问题,并在耦合波理论的基础上,应用“正交函数的展开理论”,将波导内的场展开为电波和磁波“驻波”的级数形式,导出传输线方程组。通过耦合波传输线方程组导出耦合波方程组及相应耦合系数的一般表达式。 2. 系统的研究了高功率微波系统中波导各种变形对波传播的影响。详细分析了实现模式转换所需的条件,讨论了不同条件下,数值求解耦合波方程的方法及优化算法。研究、分析计算和讨论了各种数学模型及其计算方法。并对数学模型及计算方法进行了直接或间接地验证。 3. 研究了常曲率弯曲和变曲率弯曲模式变换器,编制和发展了“高功率过模波导模式转换结构摸拟”软件。采用不同几何结构和相应的相位重匹配方法,设计出了高效、宽带、紧凑的过模波导模式转换器,并得出了波导半径、频率、弯曲曲率和带宽之间的相互变化关系。以此研制的中心频率8.8GHz,直径的双弯曲TM01—TE11模式变换器已成功的应用于西北核技术研究所的实验中,其设计效率为。研究了TE01—TM11模式变换的两种结构,首次改进了正弦弯曲结构,有效地抑制了寄生模式的输出功率,提高模式转换效率,并可使转换器的长度大为缩短。首次分析了弯曲圆波导TE01—TM11模式转换临界角θc的情况。在临界角情况下,若考虑多模因素,则不能使TE01—TM11的能量发生全转换,而真正的最优化能量全转换角在临界角的附近,且转换的效率与弯波导曲率相关。 WP=8 4. 针对半径渐变微扰波导模式变换器进行了详细的数值模拟和设计。采用相应的相位重匹配技术,可设计出高效、宽带、紧凑的过模波导TE0n—TE01、TM0n—TM01以及采用中间过度模式的TM01—TE11模式转换器。同时为“十·五”军事预研项目设计出高性能TE01—TE11模式转换器。 5. 首次详细数值研究了回旋放大器件的新型电子枪端微波输入结构,采用准光模式变换对电子枪阳极进行了优化设计,使电子枪和模式传输与转换的作用融为一体。同时考虑了阳极对电子注的影响。准光模式变换器主要采用矢量绕射理论和几何光学理论,并结合两种理论设计复杂反射曲面。应用分小块的方法,调整入射波束的相位和方向,提高输出波束的质量和准光模式转换的效率。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN811

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 张强;袁成卫;刘列;;高功率微波弯曲矩形波导设计[J];强激光与粒子束;2011年06期
2 张强;袁成卫;刘列;;具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计[J];强激光与粒子束;2011年11期
3 彭伟;刘濮鲲;耿志辉;;94 GHz TE_(02)-TE_(11)模式变换链的设计与模拟[J];真空电子技术;2010年05期
4 张贺;罗勇;徐勇;;蛇形弯曲TE_(01)-TE_(11)模式变换器的设计[J];微波学报;2012年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 于新华;高功率毫米波模式变换和传输关键技术的研究[D];电子科技大学;2010年
2 许雄;正弦波导及其应用的研究[D];电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田晨;过模圆波导TE_(01)-TM_(11)-HE_(11)模式变换研究[D];电子科技大学;2011年
2 施美友;95GHz准光模式变换器研究与设计[D];中国工程物理研究院;2011年
3 杨一明;高功率微波天线近场大气击穿的研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 谭智;过模弯曲圆波导模式变换器的研究[D];电子科技大学;2010年
5 王志坚;毫米波准光模式变换器测试技术研究[D];电子科技大学;2010年
6 李长清;Ka波段大功率H_(01)-E_(11)-HE_(11)模式变换研究[D];电子科技大学;2010年
7 卓洪丽;220GHz高功率准光模式变换技术研究[D];电子科技大学;2012年
8 王依群;Ka波段高功率微波模式变换与传输技术的研究[D];电子科技大学;2012年
9 王少;Vlasov准光模式变换器的研究[D];电子科技大学;2012年
10 张贺;回旋器件的模式变换与冷测的研究[D];电子科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 牛新建,李宏福,谢仲怜;高功率毫米波圆波导TM_(01)—TE_(11)模式变换分析[J];强激光与粒子束;2002年01期
2 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜;高功率弯波导TE_(01)—TM_(11)模式变换临界角分析[J];强激光与粒子束;2002年05期
3 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜,杨仕文;8mm高功率过模弯曲圆波导TE_(01)—TM_(11)模式变换[J];物理学报;2002年10期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 喻胜;腔体回旋脉塞器件的研究[D];电子科技大学;2002年
2 谢鸿全;等离子体填充相对论行波管的基础理论研究[D];电子科技大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘盛纲;自由电子激光的空间电荷波理论[J];强激光与粒子束;1990年02期
2 王平山,胡克松,胡建平,鄢阳;线极化静电摇摆器自由电子激光的理论分析[J];强激光与粒子束;1990年02期
3 牛新建,李宏福,谢仲怜;高功率毫米波圆波导TM_(01)—TE_(11)模式变换分析[J];强激光与粒子束;2002年01期
4 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜;高功率弯波导TE_(01)—TM_(11)模式变换临界角分析[J];强激光与粒子束;2002年05期
5 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜;高功率圆波导TE_(0n)-TE_(11)模式变换研究(英文)[J];强激光与粒子束;2002年06期
6 徐福锴,丁武;一种高功率宽带回旋行波放大器[J];强激光与粒子束;2003年09期
7 陈波,凌根深;准光腔型虚阴极振荡器的研究[J];强激光与粒子束;2004年01期
8 王丽,李宏福,牛新建,赵青;双阳极磁控注入枪设计参数对其性能的影响分析[J];强激光与粒子束;2004年06期
9 刘庆想,袁成卫;一种新型同轴TEM-圆波导TE_(11)模式变换器[J];强激光与粒子束;2004年11期
10 张玉文,舒挺,袁成卫;组合型TM_(01)TE_(11)弯形圆波导模式转换器研究[J];强激光与粒子束;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郁海勇;鄢扬;袁学松;;同轴内开槽结构高次谐波回旋管冷腔分析[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
2 傅文杰;鄢扬;刘盛纲;;0.44THz二次谐波回旋管的模拟与设计[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
3 于新华;蒙林;牛新建;;94GHz回旋管渐变复合腔的仿真设计[A];“第十四届全国微波能应用学术会议”暨“2009年微波创造美的生活高峰论坛”论文集[C];2009年
4 牛新建;王丽;喻胜;李宏福;邓学;;弯曲准光反射面模式变换数值模拟[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
5 李承跃;魏彦玉;谢鸿全;刘盛纲;;外圆筒三反射镜准光学谐振腔的场分布研究[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
6 李承跃;高源慈;魏彦玉;谢鸿全;刘盛纲;;平凹型准光腔的场分布研究与模式判别[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年
7 杨文淑;兰峰;杨梓强;;220GHz圆波导TE_(03)→TE_(11)模式变换器[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
8 杜人波;罗勇;;高功率毫米波圆波导模式变换器的优化设计[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
9 陈浩;鄢扬;袁学松;吴峰;李成辉;;225GHz回旋管同轴输出结构的数值模拟[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2007年
10 马春燕;袁学松;韩煜;鄢扬;;600GHz回旋管的设计[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 耿会平;软X射线自由电子激光设计及相关物理研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 廖臣;三维电磁粒子模拟并行算法及其应用研究[D];电子科技大学;2010年
3 赵晓云;基于回旋谐振机制的特殊电真空器件研究[D];电子科技大学;2011年
4 王战亮;带状电子注的形成,传输与应用研究[D];电子科技大学;2010年
5 陈蓓冉;同轴型准光腔短毫米波辐射源的研究[D];电子科技大学;2010年
6 刘睿;同轴回旋管高频特性的研究[D];电子科技大学;2011年
7 柴斌;回旋自谐振脉塞多模非线性理论研究[D];西南交通大学;2011年
8 辛琦;正弦波纹同轴布喇格谐振腔研究[D];西南交通大学;2011年
9 孔艳岩;静电场加载同轴结构小轨道相对论电子微波激射器研究[D];西南交通大学;2011年
10 王挺;双波段相对论返波振荡器的研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高留安;螺旋线行波管及耦合腔行波管输入输出结构设计与优化[D];电子科技大学;2011年
2 赵晓娜;毫米波模式激励器理论与实验研究[D];电子科技大学;2011年
3 梁大光;康普顿型自由电子激光中N光子散射的理论研究[D];山东师范大学;2011年
4 钱云飞;110GHz回旋振荡管的设计与研究[D];电子科技大学;2011年
5 李兴泉;EHF频段回旋行波管的数值模拟和分析[D];电子科技大学;2011年
6 宁宗祺;Smith-Purcell辐射效应若干问题的研究[D];电子科技大学;2011年
7 田晨;过模圆波导TE_(01)-TM_(11)-HE_(11)模式变换研究[D];电子科技大学;2011年
8 查小珍;高次谐波太赫兹回旋管[D];电子科技大学;2011年
9 施美友;95GHz准光模式变换器研究与设计[D];中国工程物理研究院;2011年
10 李川;Ku波段低磁场过模慢波高功率微波发生器研究[D];国防科学技术大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 方进勇,刘静月,刘国治,王宏军;利用气体击穿获取窄脉冲微波[J];强激光与粒子束;1999年04期
2 钟哲夫;圆波导劈形端口辐射器的数值分析[J];强激光与粒子束;1999年06期
3 刘静月,黄文华,方进勇,宋志敏,刘国治;高功率微波大气击穿的光学诊断[J];强激光与粒子束;2000年03期
4 刘静月,方进勇,宋志敏,黄文华,刘国治;短脉冲高功率微波大气击穿研究[J];强激光与粒子束;2000年04期
5 周海京,丁武,刘庆想;VLASOV天线的研究[J];强激光与粒子束;2002年03期
6 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜;高功率弯波导TE_(01)—TM_(11)模式变换临界角分析[J];强激光与粒子束;2002年05期
7 牛新建,李宏福,喻胜,谢仲怜;高功率圆波导TE_(0n)-TE_(11)模式变换研究(英文)[J];强激光与粒子束;2002年06期
8 侯德亭,周东方,卢旬,牛忠霞;动力论法修正高功率微波大气传输的大气介电常数[J];强激光与粒子束;2004年08期
9 李浩,钟哲夫;高斯馈源的耦合波理论与实验研究[J];强激光与粒子束;2004年10期
10 刘庆想,袁成卫;一种新型同轴TEM-圆波导TE_(11)模式变换器[J];强激光与粒子束;2004年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 许雄;魏彦玉;沈飞;殷海荣;刘洋;黄民智;徐进;王战亮;宫玉彬;王文祥;;正弦波导的电磁特性及其在太赫兹波段的应用[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张长青;大功率毫米波折叠波导行波管的研究[D];电子科技大学;2011年
2 喻胜;腔体回旋脉塞器件的研究[D];电子科技大学;2002年
3 谢鸿全;等离子体填充相对论行波管的基础理论研究[D];电子科技大学;2003年
4 金践波;同轴腔回旋管准光学模式转换器[D];西南交通大学;2006年
5 蔡军;W波段折叠波导慢波结构的研究[D];山东大学;2006年
6 路志刚;矩形波导栅行波放大器的研究[D];电子科技大学;2008年
7 于新华;高功率毫米波模式变换和传输关键技术的研究[D];电子科技大学;2010年
8 李国林;高功率微波多路耦合输出的研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 徐勇;高功率毫米波回旋速调放大器关键技术研究[D];电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 施美友;95GHz准光模式变换器研究与设计[D];中国工程物理研究院;2011年
2 李浩;高功率微波高斯馈源的研究[D];电子科技大学;2003年
3 杜人波;高功率微波圆波导模式变换研究[D];电子科技大学;2008年
4 王克猛;毫米波变模技术理论研究[D];电子科技大学;2009年
5 刘建卫;170GHz回旋管准光模式转换器初步研究[D];电子科技大学;2009年
6 尹晓辉;微波管高频系统时域分析与研究[D];电子科技大学;2009年
7 李强;毫米波准光模式变换技术研究[D];电子科技大学;2009年
8 廖明亮;毫米波新型曲折波导慢波结构的研究[D];电子科技大学;2010年
9 张伟;Denisov辐射器与波导圆极化器技术研究[D];电子科技大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 张强;袁成卫;刘列;;具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计[J];强激光与粒子束;2011年11期
2 于新华;牛新建;姜彦南;;回旋速调管变周期TE_(01)-TE_(11)模式变换器[J];强激光与粒子束;2012年09期
3 徐刚;余川;李正红;廖勇;谢平;;9.4GHz过模光滑壁TE_(11)-HE_(11)模式变换器设计[J];强激光与粒子束;2013年02期
4 王强;周海京;杨春;李彪;叶建;;TE_(01)-TE_(11)模式转换器的带宽特性[J];强激光与粒子束;2013年03期
5 宫玉彬;魏彦玉;段兆云;王战亮;徐进;岳玲娜;赵国庆;殷海荣;路志刚;巩华荣;唐涛;黄民智;王文祥;许雄;赖剑强;沈飞;张亚斌;;毫米波/太赫兹真空器件中的带状电子注和新型慢波结构[J];真空电子技术;2013年01期
6 张贺;罗勇;徐勇;;蛇形弯曲TE_(01)-TE_(11)模式变换器的设计[J];微波学报;2012年S1期
7 沈文渊;王虎;耿志辉;杜朝海;刘濮鲲;;基于波导模式变换的圆波导TE_(62)模式激励器的研究[J];物理学报;2013年23期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 许雄;正弦波导及其应用的研究[D];电子科技大学;2012年
2 张强;高功率微波多管合成双波段辐射系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 赵晓娜;毫米波模式激励器理论与实验研究[D];电子科技大学;2011年
2 尹晓辉;微波管高频系统时域分析与研究[D];电子科技大学;2009年
3 王依群;Ka波段高功率微波模式变换与传输技术的研究[D];电子科技大学;2012年
4 张贺;回旋器件的模式变换与冷测的研究[D];电子科技大学;2013年
5 陆鹏;Ka波段梯形线结构行波管的研究[D];电子科技大学;2013年
6 梁骏;太赫兹准光模式变换器的研究[D];电子科技大学;2013年
7 杨小燕;Ka波段新型曲折双脊行波管的研究[D];电子科技大学;2013年
8 于鹏;NaNbO_3-Li_(0.5)Sm_(0.5)TiO_3微波介质陶瓷的制备与介电性能研究[D];湖北大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢鸿全,鄢扬,刘盛纲;相对论行波管慢波结构几何参数研究[J];强激光与粒子束;2001年03期
2 李伟,魏彦玉,刘盛纲;有限磁场作用下等离子体圆柱波导中的线性理论[J];强激光与粒子束;2001年05期
3 李伟,魏彦玉,刘盛纲;有限磁场作用下填充环形等离子体波导中功率流密度的计算[J];强激光与粒子束;2001年06期
4 牛新建,李宏福,谢仲怜;高功率毫米波圆波导TM_(01)—TE_(11)模式变换分析[J];强激光与粒子束;2002年01期
5 谢鸿全,鄢扬,刘盛纲;相对论行波管色散特性分析[J];强激光与粒子束;2002年01期
6 杨梓强,李大治,梁正;相对论返波管频率特性研究[J];强激光与粒子束;1996年04期
7 陈希,谢文楷,刘盛纲;电子注在等离子体中的运动及传输特性[J];强激光与粒子束;1998年01期
8 陈希,谢文楷,刘盛纲;非均匀条件下磁自聚焦电子束的传输[J];强激光与粒子束;1998年03期
9 李宏福,杜品忠,杨仕文,谢仲怜,周晓岚,万洪蓉,黄勇;突变复合腔回旋管自洽场理论与模拟[J];物理学报;2000年02期
10 谢鸿全,李承跃,鄢扬,刘盛纲;等离子体加载螺旋线行波管特性研究[J];物理学报;2003年04期
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