改變填充介質(zhì)參數(shù)實現(xiàn)可調(diào)諧的契倫科夫高功率微波輸出.pdf

1、近幾年來，高功率微波器件在多波段、高效率等方面取得了長足的進步，并發(fā)展出了幾種備受關(guān)注的器件。然而，受物理機制和材料工藝的限制，契倫科夫型器件多采用內(nèi)同軸結(jié)構(gòu)或機械改變諧振腔結(jié)構(gòu)等方法實現(xiàn)可調(diào)諧設(shè)想。本文提出一種新型的契倫科夫型振蕩器，可通過改變慢波結(jié)構(gòu)中的填充介質(zhì)參數(shù)實現(xiàn)輸出微波的可調(diào)諧。這種契倫科夫型振蕩器具有周期性介質(zhì)慢波結(jié)構(gòu)，可以向其中填充液體介質(zhì)，具有免拆卸、調(diào)諧范圍大等優(yōu)點。全文從理論分析、PIC(Particle in c

2、ell)粒子模擬、工程設(shè)計三方面對這種契倫科夫型振蕩器進行了詳盡的闡述，主要內(nèi)容如下：
　　1、系統(tǒng)地調(diào)研多種已存在的可調(diào)諧契倫科夫型振蕩器，分析每種器件工作性能及結(jié)構(gòu)特征，對比其在調(diào)諧方面的優(yōu)缺點，從而提出通過改變填充介質(zhì)參數(shù)實現(xiàn)可調(diào)諧的契倫科夫高功率微波輸出的設(shè)想。之后，通過理論分析求解均勻介質(zhì)填充的圓柱波導(dǎo)模型的色散曲線，得出輸出微波的頻率與介質(zhì)介電常數(shù)有關(guān)的結(jié)論。同時，通過等效模型替代，繼續(xù)求解出介質(zhì)膜片加載的圓柱波導(dǎo)模型

3、的色散曲線，分析出其色散曲線與前者模型類似。最終從理論上完整地論證了本課題設(shè)想的可行性。
　　2、利用PIC粒子模擬程序，設(shè)計出一種具有介質(zhì)慢波結(jié)構(gòu)的契倫科夫型振蕩器。在初期模擬中，獲得了在相對介電常數(shù)分別為1.2，19和31.5時，輸出頻率分別為5.79GHz，9.19GHz和7.09GHz的輸出微波。在添加矩形介質(zhì)葉片、縮短陰極長度、增加截止頸深度后，獲得了在相對介電常數(shù)分別為30，40和65時，輸出頻率分別為10.69GHz

4、，7.46GHz和6.90GHz，輸出功率分別為0.8GW,0.9GW和1.1GW的高功率微波輸出。為介質(zhì)慢波結(jié)構(gòu)增加相對介電常數(shù)為3.7的石英玻璃介質(zhì)封裝結(jié)構(gòu)后，獲得了在相對介電常數(shù)分別為15.7，34.3和42.0時，輸出頻率分別為6.89GHz，10.05GHz和7.31GHz，輸出功率分別為0.9GW，1.1GW和1.0GW的高功率微波輸出。之后，用雙頻率波疊加的模型較好的解釋了模擬中出現(xiàn)的輸出平均功率的振蕩現(xiàn)象。通過對一定范圍

5、內(nèi)輸出頻率和相對介電常數(shù)關(guān)系的擬合，得出結(jié)論：在諧振點周圍，輸出頻率與相對介電常數(shù)成線性反比，在低介電常數(shù)區(qū)域內(nèi)，通過改變介電常數(shù)來調(diào)節(jié)輸出頻率的效果更明顯。
　　3、在工程設(shè)計中，選定液體介質(zhì)作為填充介質(zhì)。提出用兩種介電常數(shù)相差較大的物質(zhì)進行混合的辦法來滿足介電常數(shù)大范圍連續(xù)性變化的需求。利用德拜模型，分析計算NaCl溶液相對介電常數(shù)實部變化范圍，證明此方法的可行性。詳細地對碳酸丙烯酯的苯溶液的相對介電常數(shù)實部和虛部數(shù)值分布進行