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《电子科技大学》 2003年
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盘荷波导、脊加载盘荷波导和螺旋带慢波系统特性研究

张勇  
【摘要】:现代电子战、超宽频带高功率相控阵雷达、强力干扰机、微波定向能武器等的快速发展对高功率微波源提出了更高的要求。行波管以其高功率、宽频带、高增益和可多模工作的特性,在当今微波频率的功率放大器中占有重要地位。在行波管中,慢波系统是进行注波互作用实现能量交换的核心部件,其性能优劣直接决定了行波管整体的性能。 本论文用理论分析,数值软件模拟以及实验研究等不同的方法对行波管的慢波系统(以螺旋线为例)和相对论行波管的慢波系统(以盘荷波导为例)的高频特性作了全面的分析。另外提出了一种新型脊加载盘荷波导结构,分析了等离子体加载对盘荷波导慢波结构性能的影响,本文的冷特性研究结果可直接用于大信号研究,对相对论行波管的大信号特性进行了简要的分析,对盘荷波导的色散特性进行了实验研究。本文对行波管/相对论行波管慢波结构作了具有一定创新意义的理论分析及数值模拟,对于行波管和相对论行波管慢波结构的设计提供了理论依据。 本论文的主要工作和创新之处: 对盘荷波导的传统研究忽略了混合模,而实际上混合模对行波管的互作用也会产生一定的影响。考虑混合模式,采用严格的场论分析方法推导普遍的盘荷波导的色散方程和耦合阻抗的表达式,在此基础上设计了实用的盘荷波导慢波结构,应用于相对论行波管中。 从麦克斯韦方程和流体理论出发,推导了填充磁化等离子体慢波结构的基本方程。在大磁场情况下,首次对等离子体加载盘荷波导的色散特性和耦合阻抗作了研究,结果表明填充等离子体使色散曲线上移,耦合阻抗提高。等离子体填充产生出模式谱非常丰富的周期性低频等离子体模式(TG模式)。当等离子体密度增加到一定程度后,未加载等离子体的TM01模的频率范围和TG01模的频率范围相近,两个模式互相耦合产生出新的混合模G1,G2。 WP=10 发展了用傅立叶级数展开慢波结构边界函数求解周期加载波导结构的方法,使其不但可以计算轴向具有周期性的结构,也能计算角向具有周期性的结构。推导了通用性的色散方程,能对轴向和角向都具有周期性的波导结构求解。 提出了一种新型脊加载盘荷波导,对它的色散特性和耦合阻抗都进行了分析。在盘上加脊可以改善盘荷波导的带宽,有望在相对论行波管中得到应用。 首次考虑螺旋线厚度,翼片加载所引起的角向空间谐波,建立了有限厚度翼片加载螺旋线慢波结构的模型,计算了两种不同结构的色散特性,耦合阻抗和衰减常数。首次通过理论分析的方法得到加载翼片有最佳中心夹角θ存在,使相速最低。 考虑螺旋带厚度,对介质分层,取不同的径向相位常数,建立了螺旋带简单翼片模型。得到了翼片加载螺旋带慢波结构的色散特性、耦合阻抗和衰减常数,其计算结果与测量值吻合的很好。计算结果表明考虑螺旋带径向厚度可以极大的改善色散特性的计算精度。 分别采用电磁仿真软件MAFIA和HFSS对本文所研究的三种不同类型的慢波结构进行了数值模拟分析,并与解析结果和有关实验结果进行了对比。分析表明,MAFIA和HFSS两种软件尽管基础理论不同,但都可以对行波管慢波结构本征值问题进行较为准确的求解。 从模式展开理论出发,建立了相对论行波管的非线性互作用自洽工作方程组。应用该自洽工作方程组对X波段相对论行波管的注波互作用进行了分析。 设计了一种窄带和一种宽带盘荷波导慢波结构,制作了冷测模型,对模型用谐振法进行了冷测实验。实验结果表明:实验结果和理论值吻合得很好,验证了理论分析的可靠性。
【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】:TN12

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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2 岳玲娜;同轴加载圆波导慢波系统的研究[D];电子科技大学;2005年
3 姚列明;微波管的热分析[D];电子科技大学;2007年
4 高喜;具有金属光子带隙结构的相对论Cherenkov辐射源研究[D];电子科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 韩博;高效率螺旋线行波管慢波系统的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白安永,莫元龙;实用翼片加载螺旋线模型的分析及优化[J];电子科技大学学报;1996年04期
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4 王自成,陈庆有,吴鸿适;带状螺旋慢波结构耦合阻抗的研究[J];电子学报;1999年09期
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10 张勇,莫元龙,李建清,周晓岚;翼片加载螺旋线慢波结构的螺旋带模型[J];强激光与粒子束;2002年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 肖舒;等离子体填充介质Cerenkov振荡器和耦合腔链研究[D];电子科技大学;2001年
2 李建清;行波管三维非线性理论及其网络并行计算[D];电子科技大学;2003年
3 雷文强;宽带大功率行波管高频慢波系统CAD研究[D];电子科技大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张勇;翼片加载螺旋线慢波结构特性研究[D];电子科技大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙玉萍;马洪伟;冯东海;;半刚性连接钢框架的内力计算[J];四川建筑科学研究;2008年03期
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3 孙静静;;频移随机共振在信号检测中的应用[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
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10 张长青;宫玉彬;魏彦玉;王文祥;;亚毫米波折叠波导慢波结构的损耗特性研究[J];半导体光电;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡倩;曾大治;谢小刚;;卫星轨道积分算法性能分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
2 张建伟;曹敏;王昕;毕志周;;基于数据挖掘技术的关口电能表检测数据分析统计平台设计[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
3 任传波;田象滔;;非线性悬架动力学方程的精细积分与特性研究[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
4 李洋波;黄达海;;基于ICCG法的混凝土坝温度场仿真分析的浮动精度法[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
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6 赵晓云;李家胤;汪海洋;;微波回旋波整流器高频结构中的频率漂移研究[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
7 李承跃;刘国;顾爱军;季天仁;;一种新型微波等离子体七角腔的仿真与优化设计[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
8 李承跃;王浩儒;王飞;童佳;季天仁;;一种新型微波加热器的建模与仿真[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
9 宋爽;马宏斌;丁立国;;利用正交多项式图像配准方法实现矢量图与遥感图像的快速叠合[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
10 陈晶;吴锤红;;提高单片机浮点数精度的综合措施[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海涛;月球车热控关键问题研究及材料光谱性质的选择性调节[D];中国科学技术大学;2010年
2 王海兰;乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D];北京林业大学;2011年
3 何俊;毫米波新型曲折波导行波管的研究[D];电子科技大学;2010年
4 王建勋;Ka波段回旋放大器及W波段带状束电子光学系统的研究[D];电子科技大学;2010年
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6 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
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8 杨然兵;4HQL-2型花生联合收获机主要装置的设计与试验研究[D];沈阳农业大学;2009年
9 殷毅;折叠型双脉冲—长脉冲调制器及其激光触发技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 浦实;铁路无线通信系统射频链路的一体化建模与分析[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾东芳;离散模型下的美式期权定价[D];河南理工大学;2010年
2 王召召;城市环境下通信信号穿透损耗的定量研究[D];郑州大学;2010年
3 陈星毅;基于人体心血管生理的颈部服装压力舒适性研究[D];江南大学;2010年
4 李国;18-40GHz连续波行波管慢波电路仿真的研究[D];电子科技大学;2010年
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6 刘春兴;3毫米梯形慢波系统EIO研究[D];电子科技大学;2011年
7 叶珍;微波管输入输出窗及任意结构腔体有限元理论与CAD技术[D];电子科技大学;2011年
8 于云龙;轴对称周期永磁聚焦系统二维有限元分析[D];电子科技大学;2011年
9 郑德伟;连续太赫兹波层析成像实验研究[D];电子科技大学;2011年
10 雷瑶;宽调谐高线性电调滤波器的研究[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄元盛,刘正义,瞿全炎,丘万奇;CVD金刚石薄膜晶粒尺寸对热导率的影响[J];兵器材料科学与工程;2001年04期
2 姚列明,杨中海,肖礼;行波管电子枪设计中的热分析[J];电子科技大学学报;2005年04期
3 兰峰;高喜;史宗君;杨梓强;梁正;;Ka波段绕射辐射振荡器的辐射功率测量[J];电子科技大学学报;2006年05期
4 高喜;杨梓强;兰峰;史宗君;梁正;;具有反射器的绕射辐射振荡器的模拟研究[J];电子科技大学学报;2008年03期
5 白安永,莫元龙;实用翼片加载螺旋线模型的分析及优化[J];电子科技大学学报;1996年04期
6 杨梓强,梁正,李家胤;双波段高功率微波源的实验研究[J];电子科技大学学报;1996年S1期
7 余国芬;功能强大的电磁粒子模拟程序——Magic及其应用介绍[J];电子科技导报;1997年07期
8 王基奎;螺旋线慢波结构的散热能力分析[J];电子学报;1982年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘松;磁绝缘线振荡器的研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 何琥;X波段渡越辐射振荡器的理论和实验研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
3 李建清;行波管三维非线性理论及其网络并行计算[D];电子科技大学;2003年
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8 殷海荣;光子晶体行波管研究[D];电子科技大学;2007年
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10 陈代兵;双频磁绝缘线振荡器的理论与实验研究[D];中国工程物理研究院;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈代兵;X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2002年
2 岳玲娜;同轴膜片加载慢波系统的研究[D];电子科技大学;2003年
3 张章;高功率微波源中脉冲缩短现象的粒子模拟与机理研究[D];电子科技大学;2004年
4 樊玉伟;紧凑型L波段磁绝缘线振荡器研究[D];国防科学技术大学;2003年
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6 吴节险;慢波结构的设计及其微波特性研究[D];兰州大学;2006年
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9 高喜;具有反射器的相对论绕射辐射振荡器的研究[D];电子科技大学;2006年
10 兰峰;Ka波段绕射辐射振荡器输出装置的理论分析与实验研究[D];电子科技大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陆德坚;王自成;刘濮鲲;;准周期边界条件法在耦合腔结构高频特性研究中的应用[J];电子与信息学报;2008年11期
2 姚列明;霍中生;李业凤;;课题型物理实验的教学实践——功率器件的散热研究[J];实验技术与管理;2011年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 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
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5 沈飞;微带型慢波结构的研究[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 彭斓;微波管电磁聚焦系统CAD技术[D];电子科技大学;2011年
2 徐升;行波管电子枪阴极组件热分析及二次开发[D];电子科技大学;2011年
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4 詹鑫伟;介质加载同轴膜片圆波导慢波特性的研究[D];电子科技大学;2011年
5 刘培印;遗传算法在螺旋线行波管优化设计中的应用[D];电子科技大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 肖舒;等离子体填充介质Cerenkov振荡器和耦合腔链研究[D];电子科技大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 冯先龙;宋芳芳;恩云飞;;行波管慢波结构抗振可靠性研究[J];电子产品可靠性与环境试验;2009年06期
3 吴常津;毫米波功率行波管工作电压的限制因素[J];真空电子技术;2000年02期
4 宫玉彬;魏彦玉;黄民智;赵国庆;巩华荣;殷海荣;唐涛;徐进;许雄;何俊;张长青;廖明亮;郭彍;岳玲娜;路志刚;段兆云;王文祥;;新型慢波系统毫米波行波管研究[J];微波学报;2010年S1期
5 滕军;蔡顺燕;曾敬;;同轴膜片加载圆波导高频特性研究[J];信息与电脑(理论版);2010年06期
6 陈常婷;;V形微带曲折线慢波结构高频特性的仿真分析[J];南昌航空大学学报(自然科学版);2010年03期
7 张长青;宫玉彬;魏彦玉;王文祥;;亚毫米波折叠波导慢波结构的损耗特性研究[J];半导体光电;2010年06期
8 唐涛;巩华荣;宫玉彬;王文祥;;毫米波折叠波导行波管输入输出过渡波导设计[J];强激光与粒子束;2010年05期
9 岳玲娜,王文祥,魏彦玉,宫玉彬;同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究[J];物理学报;2005年09期
10 姚刘聪;刘韦;苏小保;;应用MAFIA软件改进行波管性能[J];真空科学与技术学报;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王少萌;宫玉彬;段兆云;魏彦玉;王文祥;;径向电子束聚焦研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
2 王俊毅;包正强;邓蘅;郑锦标;胥辉;;行波管CAD工作进展[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
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4 赵士录;沈柏松;;6.5~18GHz连续波宽带大功率行波管研究[A];中国电子学会真空电子学分会第十一届学术年会论文集[C];1997年
5 李晓峰;胡长江;;宽频带脉冲行波管的研制[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
6 张德伟;周东方;孙广祥;牛忠霞;任菁圃;;行波管配用幅度均衡器时若干均衡方案分析[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
7 董宏全;;多注行波管高频场的弛垂度对它在同电子注互作用时的影响[A];中国电子学会真空电子学分会第十一届学术年会论文集[C];1997年
8 唐伯俊;;C波段200W幅相一致性行波管的研究[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年
9 陈银杏;邬显平;;TWT中的混沌现象的实验观察[A];中国电子学会真空电子学分会第十二届学术年会论文集[C];1999年
10 徐翱;陈洪斌;阎磊;胡林林;唐瑞雪;马国武;宋睿;蒋艺;雷文强;金晓;周传明;;0.22THz微电真空折叠波导行波管的模拟研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 中国工程院院士 韦钰;我的导师陆钟祚教授[N];光明日报;2002年
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5 南京三乐集团有限公司 郑锦标;CAXA软件搭科研平台[N];科技日报;2004年
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8 蓝蓝;杨廉斯:想尝到CDMA的美味[N];电脑报;2001年
9 江苏 柏伟萍;试收115.5°E中星6B卫视节目[N];电子报;2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 张雍;螺旋线慢波结构特性研究与应用设计[D];兰州大学;2010年
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9 付成芳;带状束矩形螺旋线行波管的研究[D];电子科技大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 綦伟玲;平面型螺旋线慢波结构行波管的研究[D];电子科技大学;2011年
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