折疊波導(dǎo)行波管注波互作用理論研究.pdf

1、行波管具有高增益、寬頻帶和低噪聲等特點(diǎn)，是目前使用最多的微波真空電子器件。隨著電真空器件的頻率逐漸向毫米波頻段發(fā)展，在雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗和成像等應(yīng)用中對(duì)功率和帶寬提出了更高的要求，這為真空電子器件的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。對(duì)于真空電子器件，更高頻率意味著更小的互作用電路尺寸。此時(shí)，常規(guī)的螺旋線行波管存在功率容量小和散熱困難等問題，而傳統(tǒng)的耦合腔行波管雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大功率輸出，但帶寬卻較窄。折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)兼具耦合腔結(jié)構(gòu)的功率容量大以及螺旋線

2、結(jié)構(gòu)的寬頻帶的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)高頻率、大功率及寬頻帶下的毫米波放大，因此，逐漸被研究者所重視。
　　依靠傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)行波管的工作性能不但效率低，而且對(duì)于成本及時(shí)間消耗嚴(yán)重。準(zhǔn)確的行波管注波互作用模擬軟件對(duì)于提高行波管性能具有重要意義。因此，建立行波管注波互作用理論模型，開發(fā)相應(yīng)的注波互作用模擬軟件，對(duì)于發(fā)展行波管，特別是折疊波導(dǎo)行波管，具有重要的意義。本論文主要圍繞建立適用于行波管注波互作用的通用理論模型及折疊波導(dǎo)行波管專用頻

3、域理論模型而展開，主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、建立了適用于多種行波管的通用注波互作用模擬方法。首先假設(shè)在互作用過程中高頻電磁場(chǎng)的分布函數(shù)保持不變，從麥克斯韋方程組出發(fā)推導(dǎo)了通用高頻場(chǎng)方程。利用電磁仿真軟件提取數(shù)值高頻場(chǎng)，使得對(duì)一些無(wú)法獲得解析場(chǎng)表達(dá)式的慢波線路進(jìn)行注波互作用模擬成為可能。采用準(zhǔn)粒子模擬方法求解空間電荷場(chǎng)，再結(jié)合高頻場(chǎng)方程及粒子運(yùn)動(dòng)方程，建立了適用于多種行波管的通用注波互作用模擬技術(shù)?；谠撏ㄓ美碚撃Ｐ烷_發(fā)了相應(yīng)

4、的三維計(jì)算代碼，并將其應(yīng)用于三種常見慢波結(jié)構(gòu)行波管的非線性模擬。模擬結(jié)果表明該通用模擬方法具有較好的實(shí)用性。
　　2、建立了適用于折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的三端口網(wǎng)絡(luò)模型。將周期性線路中的單元結(jié)構(gòu)等效為三端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)線路特征建立了端口電流和電壓的關(guān)系。其中涉及的阻抗元素可以借助高頻結(jié)構(gòu)的特性參量確定。一旦確定了阻抗元素，單元結(jié)構(gòu)的電壓和電流之間的關(guān)系即可確定。根據(jù)行波管慢波結(jié)構(gòu)的傳輸特性，建立了相鄰單元結(jié)構(gòu)之間的電壓和電流的耦合關(guān)系，從

5、而構(gòu)建了相應(yīng)的級(jí)聯(lián)矩陣。此外，對(duì)折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的高頻特性進(jìn)行了理論分析，并利用有限元電磁軟件進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　3、針對(duì)三端口網(wǎng)絡(luò)模型缺乏對(duì)衰減等效的問題，提出了基于三端口網(wǎng)絡(luò)的新的衰減模型。該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，端口特征與三端口網(wǎng)絡(luò)一致。通過在線路中串聯(lián)電阻，并根據(jù)線路實(shí)際損耗，迭代求解電阻值大小。
　　4、基于三端口網(wǎng)絡(luò)模型，建立了適用于折疊波導(dǎo)行波管的一維和三維注波互作用頻域理論。編寫了相應(yīng)的一維和三維注波互作用模擬代碼，并