收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

螺旋线慢波系统高频特性理论分析与数值模拟

朱小芳  
【摘要】: 螺旋线行波管是微波/毫米波电真空器件中最重要的器件之一,具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优点,在通讯、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中得到了广泛应用。螺旋线慢波系统的高频特性对行波管的工作带宽、增益、输出功率与效率等参数均有重要影响。因此,人们一方面不断提出改善行波管各种性能(带宽、效率、输出功率等)的新型结构形式,另一方面不断探索更为精准的理论分析与数值计算方法。 本博士学位论文在“宽带大功率行波管CAD技术研究”项目的框架下,对螺旋线慢波系统的理论分析与数值计算方法进行了深入而细致的研究,研究成果(理论与程序)应用于“宽带大功率行波管CAD集成环境”的高频计算模块。主要工作和创新之处在于: 1、针对无翼片和无限多翼片加载螺旋线慢波系统,建立了考虑螺旋带厚度、螺旋带宽度、螺旋带上面电流分布、任意数目任意形状夹持杆的螺旋带模型,通过场匹配法得到了系统的色散、耦合阻抗和衰减常数方程式;在该理论模型的基础上,根据螺旋带厚度对螺旋线慢波系统高频特性的影响,提出了一种基于螺旋带厚度调整的修正理论分析模型。利用该修正模型分析了管壳、翼片、夹持杆与螺旋带对慢波系统高频特性的影响,并对无翼片加载与无限多翼片加载的两个实际高频结构进行了计算,结果跟MAFIA模拟结果吻合甚好。最后,根据高频特性随螺距变化的规律,提出了线性插值法以高精度获取螺距渐变系统的高频参量。 2、针对扇形翼片加载螺旋线慢波系统,建立了考虑螺旋带厚度、扇形翼片形状与尺寸的有限厚度翼片螺旋导电面模型,利用场匹配法得到了系统的色散、耦合阻抗与衰减常数方程式;利用该模型,分析了扇形翼片顶端半径与扇形翼片夹角对系统高频特性的影响,得到了符合物理意义的结论。最后对模型的计算精度进行了测试。 3、针对T形翼片加载螺旋线慢波系统,建立了考虑螺旋带厚度、T形翼片形状与尺寸的有限厚度翼片螺旋导电面模型,利用场匹配法得到了系统的色散,耦合阻抗与衰减常数方程式;利用该模型,分析了T形翼片顶端半径与T形翼片粗端宽度对系统高频特性的影响。最后,对模型的计算精度进行了测试。 4、深入研究了有限积分理论。直接从积分形式麦克斯韦方程组出发,通过空间离散与方程离散得到麦克斯韦网格方程组,由此得到任意结构的一般方程;深入分析了麦克斯韦网格方程组的代数特性,论证了其解的不确定性,并指出了一种可避免解不确定性的措施。最后,对确定的高频结构,为了得到唯一确定的电磁场解,对基于有限积分理论的电边界、磁边界以及周期结构的准周期边界的数值实现技术进行了研究。 5、针对有限积分代数方程的性质、形成以及求解计算,展开了相关关键技术的研究。采用“行索引稀疏格式”压缩存贮技术节约内存,采用大型稀疏矩阵的模式乘法,提高矩阵计算效率,高效获得了离散电场分量满足的有限积分方程; 针对有限积分特征方程的求解,论文介绍了大型稀疏矩阵Krylov子空间迭代方法,并提出了位移求逆Arnoldi算法,以排除非物理的静态电磁场解,获得指定频率附近的特征值。最后,利用大型稀疏矩阵特征求解函数库ARPACK,开发了基于位移求逆Arnoldi算法的有限积分数值计算程序。程序在只求一个本征模式的条件下,对简单电磁边界等对应实矩阵特征方程的高频结构,最大允许的网格数可达一百余万,对应实矩阵的维数超过三百万;对准周期边界等对应复矩阵特征方程的高频结构,最大允许的网格数约56万,基本满足行波管高频系统数值分析的需要。 6、利用有限积分理论与自编数值计算程序,对矩形谐振腔,矩形波导,圆柱波导进行了模拟计算,获得了对应主波的谐振特性与色散特性,分析了计算结果随网格的收敛特性。计算结果跟同样条件(结构、网格、边界、相位)下MAFIA模拟结果吻合甚好,从而验证了有限积分理论、特征求解算法及程序的正确性与可靠性。 7、利用有限积分理论与自编数值计算程序,对一无翼片加载螺旋线慢波系统与一扇形翼片加载螺旋线慢波系统的高频特性进行了模拟计算,分析了计算结果随网格的收敛特性,获得了其色散与阻抗特性。计算结果跟MAFIA模拟结果吻合甚好。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 高喜;杨梓强;亓丽梅;兰峰;史宗君;梁正;;Ka波段金属光子带隙慢波结构的特性分析[J];真空科学与技术学报;2009年02期
2 黄宇;林浩冬;王琼;;任意槽形矩形慢波结构高频特性分析[J];微波学报;2010年03期
3 陈常婷;宫玉彬;沈飞;魏彦玉;王文祥;;一种新型微带曲折线慢波结构的设计[J];真空电子技术;2011年02期
4 周华霞;张兆传;范俊杰;李实;;苜蓿叶形耦合腔慢波结构的模拟和验证[J];电子与信息学报;2007年08期
5 黄宇;王琼;林浩冬;;介质加载开放式矩形波导慢波结构高频特性分析[J];四川文理学院学报;2009年02期
6 廖承恩;蒲国胜;;沟道梯形慢波结构特性的研究[J];西安电子科技大学学报;1990年01期
7 朱乙平;;毫米波段梳形慢波线色散特性和耦合阻抗的场匹配法计算[J];雷达与对抗;1997年04期
8 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
9 李实,刘韦,苏小保,阴和俊;耦合腔慢波结构冷测特性的计算方法[J];强激光与粒子束;2005年08期
10 费兴美;;利用CST微波工作室软件改进行波管的性能[J];真空电子技术;2006年03期
11 樊会明;苏小保;;螺距对螺旋慢波系统色散和耦合阻抗的影响[J];真空电子技术;2007年02期
12 史宗君;杨梓强;侯钧;兰峰;梁正;;金属柱平板慢波系统高频特性研究[J];物理学报;2011年04期
13 薛东海;王文祥;岳玲娜;魏彦玉;宫玉彬;;曲折矩形槽波导慢波系统的高频特性[J];真空电子技术;2006年03期
14 薛东海;王文祥;岳玲娜;魏彦玉;宫玉彬;;曲折圆形槽波导慢波系统的高频特性[J];强激光与粒子束;2006年09期
15 张大勇;冯进军;廖复疆;孔繁敏;蔡军;;微带型曲折线慢波结构冷测特性的计算机仿真[J];电子器件;2006年04期
16 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
17 路志刚;宫玉彬;魏彦玉;殷海荣;王文祥;;内开槽矩形波导栅慢波电路高频特性的数值分析[J];强激光与粒子束;2006年07期
18 王莉;肖刘;王自成;;翼片加载螺旋线慢波结构色散和耦合阻抗的测量与模拟[J];真空电子技术;2006年05期
19 樊会明;肖刘;韩博;苏小保;;螺旋带径向厚度对色散和耦合阻抗的影响[J];电子与信息学报;2007年02期
20 李文君;许州;林郁正;沈旭明;刘婕;陈亚男;黎明;杨兴繁;;S波段宽带大功率耦合腔行波管冷测实验研究[J];中国物理C;2008年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨德欣;杨中海;雷文强;朱小芳;;W波段片状束行波管折叠波导慢波结构的模拟计算[A];第九届真空技术应用学术年会论文集[C];2006年
2 张勇;莫元龙;周晓岚;李建清;;实用翼片加载螺带慢波结构特性研究[A];中国电子学会真空电子学分会第十三届学术年会论文集(下)[C];2001年
3 李文君;许州;林郁正;沈旭明;刘婕;陈亚男;黎明;杨兴繁;;S波段宽带大功率耦合腔行波管冷测实验研究[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年
4 张国兴;陈健;;螺线结构色散与耦合阻抗的计算机分析[A];中国电子学会真空电子学分会第十届年会论文集(上册)[C];1995年
5 韩惠林;李茂辉;王成;;瞬发中子衰减常数的脉冲中子源法测量系统建立[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
6 顾凯钧;王蕴仪;;用直线法分析圆柱微带的色散特性[A];1989年全国微波会议论文集(上)[C];1989年
7 郭洪生;何锡钧;陈法新;杨高照;;反应堆的中子衰减常数测量技术研究[A];全国第三届核反应堆用核仪器学术会议论文集[C];2003年
8 卢山;丁荣林;;微带线色散特性的直线法研究[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年
9 陈兆清;;悬置微带和倒置微带色散特性的CAD模型[A];1993年全国微波会议论文集(下册)[C];1993年
10 林玮;干昌明;朱哲民;陈建军;林靖波;;频域法自动测量兰姆波的色散特性[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱小芳;螺旋线慢波系统高频特性理论分析与数值模拟[D];电子科技大学;2007年
2 段兆云;螺旋线行波管中物理问题的研究[D];电子科技大学;2004年
3 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
4 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
5 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
6 蓝永海;同轴螺旋槽慢波系统的研究[D];电子科技大学;2003年
7 张勇;盘荷波导、脊加载盘荷波导和螺旋带慢波系统特性研究[D];电子科技大学;2003年
8 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
9 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
10 杨四刚;光子晶体光纤色散与非线性特性的研究[D];清华大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐亮;耦合腔行波管的计算方法[D];电子科技大学;2007年
2 李宇;应用于微波管的双开槽叶片加载慢波结构的研究[D];山东大学;2007年
3 蒋寒明;慢波结构在线冷测系统研究[D];电子科技大学;2008年
4 王冠军;矩形栅波导慢波系统的研究[D];电子科技大学;2005年
5 谢建祥;椭圆螺旋线慢波结构高频特性研究[D];电子科技大学;2006年
6 叶剑;行波管慢波结构的理论和实验研究[D];电子科技大学;2009年
7 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
8 于海波;应用于真空电子管的矩形栅慢波结构冷特性的数值模拟[D];山东大学;2007年
9 欧阳春梅;光学玻璃电流传感头内线性双折射及Verdet常数的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
10 黄永清;光脉冲通过含特异材料的一维光子晶体的传播研究[D];南昌大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 ;非零色散位移单模光纤制备技术[N];科技日报;2007年
2 何珍宝;新型宽带通信光纤G.656技术和特性[N];人民邮电;2005年
3 上海交通大学 姜淳;光子带隙光纤(下)[N];通信产业报;2007年
4 全意;色差与紫边[N];中国摄影报;2008年
5 《计算机世界》评测实验室 吴挺;全“芯”来袭[N];计算机世界;2005年
6 新疆 赵玉山;HFC网光纤特性及其应用原则[N];电子报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978