高功率回旋管高頻結(jié)構(gòu)分析與研究.pdf

1、毫米波、亞毫米波具有波長(zhǎng)短、頻帶寬、波束窄、通信容量大、存在大氣窗口等優(yōu)點(diǎn)。正是其獨(dú)特性能，使其成為近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家和學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。然而，基于相對(duì)論質(zhì)量效應(yīng)的電子回旋脈塞（ECRM）機(jī)理發(fā)展的回旋器件可在毫米波、亞毫米波甚至太赫茲波段實(shí)現(xiàn)高功率電磁輻射輸出，從而填補(bǔ)了激光器和傳統(tǒng)微波器件在毫米波和亞毫米波段的缺口，具有其它器件無(wú)可比擬的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。這使其在熱核聚變、毫米波通信、毫米波成像雷達(dá)、電磁對(duì)抗、定向能武器、特殊材料制備加工和

2、生物醫(yī)學(xué)等方面都有著十分重要的應(yīng)用前景，并成為國(guó)內(nèi)外電子器件的研究前沿和熱點(diǎn)。
　　在國(guó)際熱核聚變的推動(dòng)下，高功率、高頻率回旋管是目前回旋管家族中發(fā)展最為迅速、最為成熟、取得成果最多的回旋器件?；匦艿母哳l結(jié)構(gòu)是電子注與電磁波實(shí)現(xiàn)能量交換的重要場(chǎng)所，決定了回旋管的工作性能和互作用效率。本論文基于回旋管線性理論以及自洽非線性理論等理論，對(duì)回旋管高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　1、研究分析了電子回旋脈塞機(jī)理,并

3、根據(jù)自洽非線性理論理論，對(duì)無(wú)源和有源多模一階傳輸線方程進(jìn)行推導(dǎo)，并且對(duì)其進(jìn)行數(shù)值化處理。利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基于自洽非線性理論和耦合波理論，結(jié)合邊界條件，編寫(xiě)了回旋管高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷腔數(shù)值計(jì)算程序和熱腔數(shù)值模擬程序。利用自編的程序和商用電磁仿真軟件對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,對(duì)比計(jì)算結(jié)果以驗(yàn)證自編程序。
　　2、利用自編的冷腔數(shù)值計(jì)算程序設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率為170GHz回旋管的三段式高頻結(jié)構(gòu)，并利用該軟件分析該腔體各個(gè)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)該

4、腔體高頻特性的影響,以便優(yōu)化出合適的高頻結(jié)構(gòu)。
　　3、利用線性理論，編寫(xiě)回旋管高頻結(jié)構(gòu)的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流數(shù)值計(jì)算程序。借助編好的程序?qū)υ撉惑w的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流進(jìn)行分析，為熱腔數(shù)值模擬計(jì)算提供初值。
　　4、利用熱腔數(shù)值模擬程序?qū)υO(shè)計(jì)好的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過(guò)程中，分析了磁場(chǎng)強(qiáng)度、電子橫縱速度比、引導(dǎo)中心半徑、電壓和電流變化時(shí)對(duì)注波互作用效率的影響。最終，得到最佳的工作條件，使該回旋管互作