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《兰州大学》 2010年
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螺旋线慢波结构特性研究与应用设计

张雍  
【摘要】: 螺旋线慢波结构是最重要的宽频带高增益行波管慢波系统,良好的色散特性、低的相速度、高的耦合阻抗、简单的制造工艺,使其广泛应用于通信系统、现代雷达和电子对抗等军事领域。螺旋线慢波结构的慢波特性研究对提升行波管的工作带宽与增益有重要意义;而它的选频及贮能特性研究是铷原子频标星载小型化所需考虑的重要方面。 本博士学位论文围绕螺旋线慢波结构的理论分析与应用设计展开研究工作,详细分析了螺旋线慢波结构以及它的变型:加载介质夹持杆和金属翼的螺旋线慢波结构。从分析电磁慢波系统开始,以螺旋导电面理论为基础,采用场匹配方法,建立了单螺旋绕线慢波结构理论模型、加载圆柱形和矩形夹持杆螺旋线慢波结构理论模型、加载扇形金属翼与T型金属翼螺旋线慢波结构理论模型。利用VBA自编程序处理计算数据。根据CST MWS软件建模结果,在实验结果验证的基础上,对色散特性和耦合阻抗特性进行了比对分析,总结出各项结构参量对慢波特性的具体影响,为行波管的慢波结构设计提供参考。同时,在此基础上,详细分析了螺旋线慢波结构在铷原子频标中的电磁波传播特性,研究螺距和介质材料对特性的影响程度,从而对现有结构进行改进性设计,实现了铷原子频标星载小型化之目的。主要工作和结论如下: (1)以电磁慢波系统为基础,建立单螺旋绕线慢波结构的螺旋线导电面模型。同时以有限积分理论为基础,利用数值模拟方法,对单螺旋绕线慢波结构进行建模设计。结合理论模型和建模结果,首次呈现该结构的电磁场分布状态,为将螺旋线慢波结构应用到铷原子频标中提供理论基础。 (2)针对加载介质夹持杆螺旋线慢波结构,建立了考虑螺旋带厚度、螺旋带宽度、以及夹持杆形状的螺旋带模型。利用等效介质圆环计算等效介电常数。通过场匹配法得到加载圆柱形和矩形块夹持杆慢波系统的色散关系和耦合阻抗。比对不同管壳半径、夹持杆材料、几何形状、螺旋带厚度和宽度对系统慢波特性的具体影响,提出了优化结构参量之方法,为含有夹持杆的螺旋线慢波结构设计提供指导。 (3)针对加载金属翼螺旋线慢波结构,提出采用傅里叶空间转换方法,将金属翼片所在区域转换为傅氏空间,建立电磁场方程,求解系统色散关系和耦合阻抗。利用此种方法使分析加载金属翼片螺旋线慢波结构的理论模型计算精度得到提高,相比有限厚度翼片螺旋导电面模型,其精度提高了一倍。在此基础上分析了加载扇形翼片与T型翼片系统的慢波特性,得出对于相同结构参数的两种翼片慢波系统,加载T型金属翼的螺旋线慢波结构特性优于加载扇形金属翼;同时首次提出通过调节翼片参数可以使得系统呈现出正性或负性的色散关系,为应用在超高频带宽的螺旋线慢波结构设计提供指导。 (4)在利用CST MWS模拟圆柱型谐振腔体的基础上,研究了应用在铷原子频标中TE111腔体的电磁场分布状态,得到了腔体品质因数和设计参数,设计了加载介质的TE111模谐振腔体,使腔体体积得以压缩,为铷原子频标星载小型化提供设计思路。 (5)以螺旋线导电面模型为基础,首次分析了应用在铷原子频标中的螺旋线慢波结构腔体的电磁场方程,求解了色散关系和耦合阻抗,比对了不同螺距和介电常数对慢波特性的影响。同时沿着在腔体中添加介质层用以压缩体积的思路,设计出改进型螺旋线慢波结构腔体。利用更小的螺距及恰当的介质使得腔体体积进一步压缩。利用温控电路用以减小改进型螺旋线慢波腔体的腔牵引效应。通过将该腔体应用于铷原子频标中,获得其腔体谐振吸收线、铷原子频标的频率稳定度,信噪比,及温度稳定度,这些关键参量能够达到星载铷原子频标小型化设计要求。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN124

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘毅;Ka波段空间行波管的设计及仿真研究[D];合肥工业大学;2012年
【参考文献】
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1 杨中海,李斌,廖莉,任俊杰,肖礼,雷文强;微波管CAD技术进展[J];真空电子技术;2002年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 黄志洵;孤立波理论与光孤子通信[J];北京广播学院学报(自然科学版);1997年03期
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5 邓壮;许睿;黄震;;行波管一维非线性单频注波互作用理论与计算机模拟[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年08期
6 刘伟;王金淑;高非;任志远;周美玲;;稀土-钼阴极二次电子发射性能研究[J];稀有金属材料与工程;2011年08期
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10 郭高凤,李恩,张其劭,李宏福;行波管“冷参数”测试技术的研究[J];电子科技大学学报;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 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
5 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
6 董烨;董志伟;周海京;;任意轴对称周期慢波结构色散曲线的数值计算[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
7 蒲国胜;廖承恩;李庆绩;赵景瑞;;无截获栅控电子枪的三维模拟[A];1991年全国微波会议论文集(卷Ⅱ)[C];1991年
8 张合璧;;Magnicon的解析研究及其适用于单束或相控阵HPM战略防御探测和击毁再入导弹[A];1997年全国微波会议论文集(上册)[C];1997年
9 李斌;杨中海;;相位一致行波管工作状态调整的计算机模拟[A];2001年全国微波毫米波会议论文集[C];2001年
10 王光强;王建国;童长江;王雪锋;陆希成;;过模高功率毫米波源的输出模式分析[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
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1 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
2 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
3 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
4 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
5 胡玉禄;行波管注波互作用基础理论与CAD技术研究[D];电子科技大学;2011年
6 胡权;微波管电子光学系统数值模拟及CAD技术研究[D];电子科技大学;2011年
7 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
8 杜保强;基于异频信号的群相位量子化处理及其关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 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
10 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
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1 刘春兴;3毫米梯形慢波系统EIO研究[D];电子科技大学;2011年
2 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
3 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
4 王森;大功率宽带微波放大系统的研究[D];电子科技大学;2011年
5 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
6 杨敏;螺旋线行波管中衰减器的分析与研究[D];电子科技大学;2011年
7 王雷雷;光子晶体谐振腔的研究设计[D];电子科技大学;2011年
8 梁梦雷;一种基于直接数字频率合成器的铷原子频标芯片设计[D];北京邮电大学;2011年
9 蔡寅;应用于中性原子光钟的光晶格理论研究和金刚石激光器理论探究[D];华东师范大学;2011年
10 舟婕;矩形栅慢波结构及输入输出装置的研究[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
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1 韩博;苏小保;;CST MWS软件模拟三维螺旋线慢波结构[J];电子学报;2006年09期
2 肖刘;苏小保;刘濮鲲;;螺旋带色散特性和耦合阻抗的精确计算[J];电子与信息学报;2007年03期
3 郝保良;黄明光;刘濮鲲;刘韦;;26.5-40GHz高效率宽带毫米波行波管高频系统仿真设计[J];微波学报;2010年S1期
4 郝保良;黄明光;刘濮鲲;肖刘;刘韦;;毫米波螺旋线行波管慢波系统高频损耗[J];微波学报;2010年S1期
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6 李建清;莫元龙;;行波管中慢电磁行波与电子注非线性互作用普遍理论[J];物理学报;2006年08期
7 郝保良;肖刘;刘濮鲲;李国超;姜勇;易红霞;周伟;;螺旋线行波管三维频域非线性注波互作用的计算[J];物理学报;2009年05期
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9 欧阳勤;空间行波管[J];真空电子技术;2003年02期
10 王啸;张敏;李力;冯进军;;螺旋线行波管的三维互作用仿真方法研究[J];真空电子技术;2010年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 徐翱;变周期慢波系统的研究[D];电子科技大学;2009年
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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
2 王兵;行波管电子枪的设计与模拟[D];电子科技大学;2009年
3 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
4 何浩;螺旋线行波管的优化设计[D];电子科技大学;2010年
5 李为;多注行波管慢波系统研究[D];合肥工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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1 李实,刘韦,苏小保,阴和俊;螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响[J];强激光与粒子束;2004年09期
2 李实,刘韦,苏小保,阴和俊;螺旋线慢波结构的参数变化对其冷测特性的影响[J];电子学报;2004年09期
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8 黎泽伦;吕国强;邓善熙;杨军;邓光晟;;多注行波管慢波结构的耦合阻抗研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2009年01期
9 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
10 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
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3 徐学良;;环围慢波结构的理论计算和实验研究[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
4 沈飞;魏彦玉;王少萌;许雄;岳玲娜;宫玉彬;王文祥;;一种新型微带曲折线慢波结构的研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
5 刘青伦;王自成;刘濮鲲;赵建东;;短毫米波双排矩形梳状慢波结构的模拟研究[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
6 黄鹏潮;朱莹;周培章;;螺旋慢波电路冷特性仿真软件的比较[A];第九届真空技术应用学术年会论文集[C];2006年
7 赵林新;杨梓强;梁正;;圆柱慢波结构色散特性研究[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
8 闵慧英;;高功率高效率卫星行波管的慢波结构工艺[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
9 刘胜英;;螺旋线慢波结构挤压工艺中的若干问题[A];第九届真空技术应用学术年会论文集[C];2006年
10 韩勇;刘燕文;丁耀根;刘濮鲲;;镀膜组件对螺旋线慢波结构性能的影响[A];中国真空学会2008学术年会论文集[C];2008年
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1 通讯员 黄鹏辉;德化成功烧制螺旋线瓷塑[N];福建工商时报;2007年
2 黄鹏辉;德化成功烧制螺旋线瓷塑[N];福建日报;2007年
3 特派记者 王向娜;双人滑中俄全面对峙[N];中国体育报;2006年
4 南晓;纽约古根海姆博物馆:走过50年征程[N];中国文化报;2009年
5 记者 原建军 实习生 马媛媛;灞河发现汉代埽体遗址[N];西安日报;2006年
6 黄永明;螺旋之美[N];南方周末;2008年
7 ;新型洗瓶机[N];中国包装报;2007年
8 李津军;生命螺旋[N];科技日报;2000年
9 康来;小测验可预知脑梗死[N];健康时报;2007年
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1 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
2 沈飞;微带型慢波结构的研究[D];电子科技大学;2012年
3 徐捷;一类用于微波源的慢波结构研究[D];电子科技大学;2012年
4 滕雁;高效同轴相对论返波管研究[D];清华大学;2010年
5 赖剑强;交错双栅慢波结构的应用研究[D];电子科技大学;2012年
6 许雄;正弦波导及其应用的研究[D];电子科技大学;2012年
7 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
8 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
9 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
10 姚列明;微波管的热分析[D];电子科技大学;2007年
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1 蒋艺;矩形螺旋线慢波结构的研究[D];电子科技大学;2010年
2 舟婕;矩形栅慢波结构及输入输出装置的研究[D];电子科技大学;2011年
3 陈常婷;微带曲折线慢波结构的高频特性研究[D];电子科技大学;2011年
4 刘文星;螺旋双梳齿加载圆波导慢波结构的注—波互作用研究[D];电子科技大学;2010年
5 梁献普;微波管慢波结构高频特性的有限元分析[D];电子科技大学;2010年
6 王庆昌;F波段新型曲折波导慢波结构的研究[D];电子科技大学;2012年
7 魏建平;双梳齿加载圆波导慢波结构的高频特性研究[D];电子科技大学;2010年
8 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
9 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
10 方弦;新型螺旋翼片加载螺旋线慢波结构特性研究[D];电子科技大学;2011年
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