多注行波管慢波系统的研究

论文摘要

行波管是广泛应用于雷达、通信、遥测和电子对抗等各种电子设备中的非常重要的微波真空电子器件。行波管主要包括螺旋线行波管和耦合腔行波管。多注行波管是一种新型的大功率行波管,与多注速调管相比,它的带宽要宽得多:与单注行波管相比,多注行波管电压低、体积小、重量轻、高频损耗小,且具有较高的增益。慢波系统是行波管最主要的部件,它是行波管电磁波与电子注相互作用的工作场所,对行波管的频带、增益、功率等特性都有重要的影响。本文以多注行波管慢波系统为研究对象,取得的研究成果和主要创新点包括以下几个方面:(1)对多注行波管慢波结构进行了研究,研究了多注行波管耦合腔链慢波结构,分别利用等效电路法和场论分析方法理论研究了多注慢波系统的高频特性。(2)研究了多注慢波结构的冷测特性,主要研究了多注慢波结构色散特性和耦合阻抗,包括色散特性和耦合阻抗的原理、测量方法、模型建立、软件模拟,研究了多注慢波结构与单注慢波结构的区别,并详细分析了各个慢波结构参数对多注行波管慢波系统色散特性及耦合阻抗的影响,结构参数对冷测特性的影响研究可有效地指导多注行波管的设计。(3)进行了多注行波管慢波系统波注互作用的粒子研究,研究了多注粒子的产生,并进行了粒子发射模拟;研究了周期磁聚焦系统对多电子注粒子的聚束,设计了多注行波管的磁系统;设计了多注行波管输入输出波导;设计了多注行波管波注互作用的三种结构模型,详细研究了多注行波管波注互作用时的粒子行为、输出功率以及相关参数对输出功率的影响。(4)对多注行波管CAD软件进行了开发。研究了软件的设计思想、技术方案、主要内容、关键技术、数据流程以及图形界面等,设计了多注行波管仿真平台。多注行波管作为一种新型的大功率微波真空电子管,目前国内外对此研究较少。我们研究发现,多注行波管最重要的特征就是慢波系统的改进使其增益和输出功率大大提高,并且具有工作电压低、可靠性高、效率高等优点,因而多注行波管是一种极具应用前景的微波真空器件。本文的研究为多注行波管的设计和测试提供理论和实际应用的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 行波管的发展历史及现状
• 1.1.1 微波真空电子器件概述
• 1.1.2 行波管发展历史
• 1.1.3 行波管的发展趋势
• 1.2 行波管基本结构和工作原理
• 1.2.1 行波管基本结构
• 1.2.2 行波管的工作原理
• 1.3 论文的研究背景和意义
• 1.3.1 多电子注技术的发展
• 1.3.2 多注行波管国内外研究概况
• 1.3.3 多注行波管的特点
• 1.4 论文的结构与主要研究内容
• 第二章 多注行波管慢波系统的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 多注行波管慢波结构的设计
• 2.3 多注慢波系统等效电路法分析
• 2.3.1 多注慢波系统等效电路法
• 2.3.2 多注慢波系统工作模式分析
• 2.4 多注慢波系统场论分析
• 2.5 多注慢波系统小信号理论
• 2.6 电子在轴对称电磁场中的运动
• 2.6.1 电子在轴对称电场中的运动
• 2.6.2 电子在轴对称磁场中的运动
• 2.7 本章小结
• 第三章 多注行波管慢波系统的冷测特性
• 3.1 概述
• 3.2 周期慢波系统
• 3.2.1 周期慢波系统的基本特点
• 3.2.2 慢波系统中的空间谐波
• 3.3 多注慢波系统的色散特性
• 3.3.1 色散特性的测量方法
• 3.3.2 色散特性测量的软件模拟
• 3.3.3 多注与单注色散特性的比较
• 3.3.4 慢波结构参数对色散的影响
• 3.4 多注慢波系统的祸合阻抗
• 3.4.1 色散特性的测量方法
• 3.4.2 耦合阻抗的软件模拟
• 3.4.3 慢波结构参数对耦合阻抗的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 多注行波管注波互作用的粒子模拟
• 4.1 粒子模拟方法
• 4.1.1 粒子模拟方法的特点
• 4.1.2 粒子模拟的基本问题
• 4.1.3 粒子模拟的基本步骤
• 4.1.4 粒子模拟基本方程
• 4.1.5 粒子模拟模式的选择
• 4.2 多注行波管注波互作用理论研究
• 4.2.1 注波互作用的大信号理论
• 4.2.2 电子运动方程
• 4.2.3 能量转化方程
• 4.3 多注行波管粒子的产生
• 4.4 周期磁聚焦系统对电子注的聚束
• 4.4.1 周期永磁聚焦系统的基本理论
• 4.4.2 周期永磁聚焦系统的软件模拟
• 4.5 多注行波管输入输出波导设计
• 4.6 多注行波管注波互作用的软件模拟
• 4.7 本章小结
• 第五章 多注行波管CAD软件的开发
• 5.1 行波管CAD技术进展
• 5.1.1 国内外电磁场CAD现状
• 5.1.2 行波管CAD技术发展展望
• 5.2 面向对象的软件设计思想
• 5.2.1 软件工程开发方法
• 5.2.2 面向对象的软件设计
• 5.2.3 面向对象分析、设计和实现
• 5.2.4 面向对象分析与设计的优点
• 5.3 有限积分法
• 5.4 CAD软件设计方案
• 5.4.1 软件设计主要内容
• 5.4.2 技术方案、关键技术及解决途径
• 5.4.3 核心计算程序
• 5.4.4 图形用户界面实现
• 5.5 示例──多注慢波系统模拟设计过程
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的主要论文