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同轴交错膜片加载慢波线的研究

陈妍红  
【摘要】:随着现代高技术战争的发展,对大功率微波电子管提出了新的需求,并为其发展提供了良好的环境,促使真空电子器件向更大功率、更宽频带、高效率和高可靠性方向快速发展。高功率微波的重要研究领域之一是高功率微波源,对行波管而言慢波系统的优劣直接影响着高功率微波源的性能。本论文讨论了一种新型的全金属慢波结构─同轴交错膜片加载慢波线。由于是全金属结构,此结构具备尺寸大、散热性能好、易加工的特点。 本文从理论分析和实验研究两方面着手,对同轴交错膜片加载慢波结构的高频特性进行了深入的研究。主要工作成果与创新之处在于: 一. 首先完善了忽略膜片厚度时同轴交错膜片加载慢波线的理论分析,采用变分法和贝塞尔函数的正交性导出其色散方程,并对理论结果进行了数值计算。通过对计算结果的比较可以看出,当我们适当地改变同轴交错膜片加载慢波线的尺寸参数时,可以不同程度地影响其色散特性。同时把此结构与其他具有周期性同轴膜片加载的结构进行了比较,可以看出,当选择的参数适当时,同轴交错膜片加载慢波线能够得到很宽的带宽(远远超过50%),色散非常弱,明显优于非交错或单向同轴膜片加载慢波线的结构。 二. 首次将膜片厚度引入同轴交错膜片加载慢波线的分析中。重新对慢波结构的场分布进行了分区求解,利用严格的场匹配方法推导出该结构的色散方程。详细讨论了慢波结构几何尺寸对色散特性的影响。虽然考虑厚度时同轴膜片加载慢波线的带宽没有忽略厚度时的宽,但其工作通带的频率要比忽略厚度情况下高一倍左右。 三. 首次对同轴交错膜片加载慢波结构的耦合阻抗进行了研究。利用储能定理推导出系统的耦合阻抗表达式。通过数值计算可以看出,当改变同轴交错膜片加载慢波线的结构尺寸时,系统的色散特性和耦合阻抗均有不同程度的改变。选择适合的参数,就能得到更宽的带宽且有较弱的色散,同时又能提高耦合阻抗。理论分析为后面的实验奠定了基础,并提供了有效的模型参数。 四. 根据理论分析的结果,首次制作出具有一定膜片厚度的同轴交错膜片加载慢波结构的模型,采用谐振法对该模型进行“冷”色散实验研究。实验结果表明:理论分析的结果与实验所得的数据符合良好,验证了理论分析的准确性和可靠性。


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