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《中国科学院研究生院(电子学研究所)》 2004年
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8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的研究

梁显锋  
【摘要】:回旋速调管放大器是一种能够在毫米波段获得高功率、高效率及一定带宽的新型毫米波相干辐射源,因其在高功率毫米波雷达、电子对抗、定向能武器、材料处理和加速器等领域的重要应用前景,在国际上受到了特别的重视。基于电子回旋谐振脉塞原理工作的谐波回旋速调管放大器的工作磁场强度是基波的1/s(s是谐波数),因而能适用于机动性较高的军用毫米波雷达系统。本学位论文对8mm二次谐波回旋速调管放大器,特别是其中的电子注-波互作用及耦合输出段进行了深入的理论研究和数值模拟。 首先系统地分析了谐波回旋速调管放大器中注-波互作用的物理机制。基于等效电路模型分析,扩展了谐波回旋速调管放大器的小信号分析理论,获得了谐波回旋速调管放大器的小信号增益和各谐振腔中电子注负载电导的计算公式。结合小信号分析和选模问题,以及诸如输出腔壁的损耗、空间电荷效应等影响因素的设计考虑,确定了8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的基本设计参数。此外,根据线性分析理论,研究了放大器各谐振腔的起振条件,初步分析了放大器的带宽特性等。这些工作为8mm二次谐波回旋速调管放大器注-波互作用电路的设计,提供了基本的理论参考。 利用高频结构模拟软件HFSS,完成了8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器高频系统的模拟计算,确定了输入腔、群聚腔和输出腔的基本工作参数;优化设计了放大器的输出腔结构。基于MAGIC软件,成功开发出应用于谐波回旋速调管放大器的PIC(Particle-In-Cell)粒子模拟程序。通过PIC粒子模拟,对8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的注-波互作用进行了详细的模拟计算,获得了比较准确的电磁波和粒子互作用的输出图像。研究了影响放大器互作用输出特性的因素,诸如电子注参数对效率的影响、输入功率对增益的影响以及工作磁场的变化对放大器输出功率和带宽平衡关系的影响等。计算结果与相关报道的实验结果一致。本文对实际设计的放大器结构中注-波互作用进行了计算,获得了比较理想的结果,对进一步的优化设计和实际制管很有指导意义。本文还结合PIC模拟计算,比较详细地分析了工程上抑制放大器中杂模振荡的方法,对实际工程应用具有一定的参考意义。 基于耦合模理论,比较详细地分析了渐变波导中模式的耦合特性。研究了在弱耦合条件下,渐变圆柱波导中传输模式可能激励的主要杂模的判定条件和有限长度渐变波导中实现杂模相消干扰的条件,获得了主要杂模幅度的简化计 smm二次谐波三腔回旋速调管放大器的研究 算公式和渐变波导轮廓曲线的计算公式。重点研究了Dolp卜Chebychev渐变波导 的模式祸合特性。通过高频计算,对比分析了一种近似线性的渐变波导,一种 上变正弦分布的非线性渐变波导以及一种改进的Dolph一Chebychev渐变波导杂 模抑制的性能特性。针对smln二次谐波三腔回旋速调管放大器输出模式的特点, 设计了一段玩lph£heby(:hev渐变波导输出段。冷测实验结果证实,有限长度的 伪IPh毛he1,yc hev渐变波导模式祸合特性比较理想。 关键词:回旋速调管放大器二次谐波Plc粒子模拟 小信号理论输出祸合段
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(电子学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN722

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