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Ka波段螺纹波导回旋行波管高频特性及线性理论研究

刘亚军  
【摘要】: 从20世纪50年代至今,回旋行波管放大器在高功率微波领域是十分重要的研究课题。回旋行波管放大器因其具有高输出功率、宽频带等优点,在毫米波雷达、定向能武器、电子高能RF加速器等方面有着极为重要的应用价值。在回旋行波管的发展过程中,研究人员发现影响回旋行波管性能的主要原因有电子的轴向速度零散和绝对不稳定性,经研究发现只要适当改变波导模式的色散曲线,就可以消除影响器件性能的这些原因。俄罗斯学者Denisov提出的螺旋波纹波导则较好的解决了传统的回旋行波管的限制,螺旋波纹波导的特殊结构使得两模式在角向耦合,耦合出的本征模式和电子注在较宽的频带范围内相互作用,使得此种回旋行波管具有高功率、宽频带、对电子速度零散敏感性低等优点。从1998年至今螺旋波纹波导回旋行波管放大器一直是各国学者研究的热点。本文主要对Ka波段螺旋波纹波导回旋行波管的高频色散特性和注波互作用色散方程进行了研究。全文的主要工作为: 首先,利用模式耦合理论并借助阻抗微扰法得到了三折螺旋波纹波导的色散方程,并且借助理论推导讨论了三折螺旋波纹波导的模式耦合规则,发现该波导具有良好的模式选择特性。 其次,利用matlab求解了其色散特性,并分析计算了其几何参数对其色散特性和模式竞争的影响规律。同时用三维电磁仿真软件HFSS对螺旋波纹波导、螺旋波纹波导渐变段和方圆波导进行了建模,模拟计算了螺旋波纹波导的传输特性和色散特性,将HFSS仿真结果和数值计算结果做了对比,发现两者吻合较好。 最后,由电子运动方程出发,推导出了简化了的螺旋波纹波导回旋行波管的注波互作用色散方程。


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