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Ka波段回旋返波管的研究

钱杰  
【摘要】:回旋管器件在毫米波段的应用方面有着显著的优势。经过多年的发展回旋管器件已经形成了很多的分支,其中回旋行波管是发展的较为成熟的一类,但是回旋行波管的稳定性不是特别优秀,回旋返波振荡就是行波管工作模式的最大竞争模式,返波振荡的产生严重影响了行波管的工作稳定性,如何抑制返波振荡对于行波管的研制来说也就极为重要了。这种返波振荡的机理是回旋返波管的工作基础,作为宽频带且具有频率连续可调谐特性的回旋返波管,在材料探测、微波武器以及强干扰机等方面有着极好的应用前景,因此返波管的研究正是现阶段国际上的一个研究热点。 本文主要是对回旋行波管的返波振荡问题进行了全面的小信号分析。同时利用线性理论研究了返波管的工作。之后利用非线性理论对K0波段回旋返波管的起振长度,效率等进行了相应的分析。论文内容如下: 1.对电子回旋脉塞理论进行了简单形象的描述,一定程度上认识电子回旋脉塞的物理过程,并通过模式耦合理论简要分析了回旋行波管以及回旋返波管工作条件以及他们的工作原理。初步给出了回旋管的一些工作参数。 2.对基于动力学理论的回旋管线性理论进行了全面的分析和推导。既联立伏拉索夫方程和麦克斯韦方程对互作用过程进行分析,得出了回旋管小信号色散方程,以及纵向场幅值的表达式以及行波和返波所满足的不同边界条件等。 3.利用小信号理论分析了回旋行波管中的返波振荡,针对Ka波段TE01模回旋返波管,分析出其中可能的返波起振模式,然后逐个研究这些起振模式的起振长度和起振频率,同时分析了他们随工作电流的变化关系,最后分析了采用加载损耗介质来抑制返波振荡的方法。Ka波段回旋返波管,首先根据耦合系数确定了工作模式为TE01模。然后分析了返波管的起振长度和起振频率,以及工作电流对他们的影响。同时还对回旋返波管的频率电压和磁调谐进行了初步探讨。 4.对基于电子弹道理论的回旋管自洽非线性理论进行了完整的推导,并应用非线性理论对Ka波段回旋返波管进行了仿真研究,得出了它的起振长度,以及起振长度随工作电流的变化等。利用线性和非线性理论对于返波管进行仿真计算得出了相似的结果,对两种结果进行了对比和讨论。


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