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多腔速调管互作用区的程序设计

梁源  
【摘要】: 速调管的主要特点是大功率、高效率和高增益,作为雷达发射机的末端,直接影响雷达的作用距离,军事应用主要在预警雷达、电子对抗和干扰系统,对国防装备的水平起着关键的作用,同时在通讯、高能粒子加速器、工业加热等方面也有很好的应用前景。 计算机辅助设计(CAD)在器件的设计和分析方面的作用越来越大,可以缩短器件的研制周期,减小成本,对提高器件的性能有很大地促进作用,几乎新研制的各种速调管都采用了CAD技术。以多注速调管(MBK)的发展为例就可以看出CAD技术在微波管研究中所起的作用。无论是SBK还是MBK的研发,都借助于各种电磁软件和粒子模拟软件,计算机辅助设计和分析技术起着越来越大的作用,尤其是在提高器件性能、缩短研制周期、减小成本方面。目前几种商用软件已经用于SBK和MBK的设计和分析,如MAFIA、MAGIC、HFSS和ANSYS等,这些软件都可以用于谐振腔特性的计算,而且MAFIA和MAGIC还具有粒子模拟(PIC)的功能,并且已经用于速调管的模拟。 注波互作用的分析与计算是真空电子器件CAD软件的重要内容,因为正是在注波互作用阶段电子交出动能,然后才可以转化为微波能量。 研究速调管注波互作用的方法中,从积分方法方面看:主要有距离积分理论与时间积分理论。传统做法是在群聚段采用距离积分,在输出段转换为时间积分,这是因为到了输出段稳态相位公式不再成立。但是,在转换过程中并不能完全真实的反映实际物理过程。 注波互作用还可以分为一维、二维、三维非线性理论。其中一维理论只考虑电子注的轴向运动。因为忽略了电子径向运动和高频径向场的影响,一维理论计算的效率要明显高于实际值。由于考虑了径向运动,二维理论要更准确,但仍然是不完善的。三维理论则综合考虑了轴向、径向、角向运动,因此是最准确的。 一维理论的分析中,本论文采用传统的方法,即距离积分与时间积分的结合;二维理论的分析中,本文将由速调管径向与轴向的互作用方程组出发,结合有限厚度的电子圆环模型,依据时间积分原理对整个互作用过程进行处理。由于二维理论分析中本文没有采用漂移段用距离积分、输出段用时间积分的物理模型,因而也就避免了距离积分转时间积分时不太符合实际物理现象的问题。 结合某S波段大功率速调管的物理参数以及自己编写的一维速调管程序对程序进行验证,结果表明:本程序基本符合实际情况。


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