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同轴膜片加载慢波系统的研究

岳玲娜  
【摘要】: 随着现代军事技术的发展,“高功率微波技术”形成一个新兴的技术领域并迅速地发展起来。高功率微波的重要研究领域之一是高功率微波源,而高功率微波源的核心部件是电子注与波进行互作用的场所,对行波管而言即为慢波系统,它的优劣直接影响高功率微波源的性能。文中讨论了应用于相对论行波管的同轴膜片加载圆波导慢波系统。 本文分析了同轴膜片加载圆波导和脊加载同轴膜片圆波导两种慢波系统,它们均采用全金属结构,具备尺寸大、散热性能好,易加工的特点。其有别于普通膜片加载波导的同轴结构,使得带宽得以拓展,因此很可能成为一类同时满足高功率容量和宽带要求的慢波结构。本文的主要研究工作和创新点如下: 一、首先完善了同轴膜片加载圆波导慢波系统的理论分析,得到该系统色散方程和耦合阻抗表达式,并通过数值模拟计算,详细讨论了慢波系统几何尺寸对色散特性和耦合阻抗的影响。 二、首次对同轴膜片加载圆波导注波互作用线性理论进行了研究。利用自洽场理论以及场的匹配方法,推导出此结构在小信号条件下的热色散方程,讨论了电子注参量和慢波系统几何参量与小信号增益和色散的关系。 三、创造性地提出脊加载同轴膜片圆波导慢波结构,并对其采用严格的场匹配法,详细推导了色散方程和耦合阻抗表达式,并得到一系列有关系统结构参量与色散和耦合阻抗之关系的数值模拟结果。结果表明,脊加载结构在某种程度上能提高耦合阻抗。 四、引入薄环形电子注,首次建立了脊加载同轴膜片圆波导的注波互作用线性理论,得到小信号条件下的色散方程。数值模拟了电子注参数和色散与增益的关系。 五、加工了同轴膜片加载圆波导慢波系统实验模型,用谐振法测得的色散特性与理论数据良好吻合,从而验证了同轴膜片加载圆波导慢波系统色散特性理论分析的正确性。


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