變周期慢波系統(tǒng)的研究.pdf

1、慢波系統(tǒng)是行波管的重要組成部分之一。由于行波管的工作依賴于電子注與線路行波場之間的相互作用而完成，所以沿軸向傳輸?shù)男胁▓鰬?yīng)與電子注有近乎相同的速度，而且該速度應(yīng)該遠(yuǎn)比光速小。產(chǎn)生這些沿軸向傳輸?shù)那蚁嗨龠h(yuǎn)比光速小的行波場的電路稱為慢波系統(tǒng)(或慢波電路)，若這些慢波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有周期性，則稱為周期慢波系統(tǒng)。 但是，由于在慢波系統(tǒng)中電子注與線路行波場之間的能量交換屬于動能與電磁場能的交換，所以，當(dāng)電子注將其相當(dāng)一部分動能交給行波場后，

2、電子注的平均速度將會變慢，而當(dāng)電子注的平均速度變慢到與電磁波的相速相等，甚至小于電磁波的相速時(shí)，則電子注與該電磁波就不能再繼續(xù)維持同步狀態(tài)，也就使得電子注與行波場不能再繼續(xù)進(jìn)行有效的正向能量轉(zhuǎn)換，甚至?xí)l(fā)生反向能量轉(zhuǎn)換，即電子注又從行波場吸取能量。所以，慢波系統(tǒng)中的電子注與電磁波的同步問題是限制行波管的效率的根本原因之一。 由對這一物理機(jī)理的分析可以想到，如果能設(shè)法保持電子注與電磁波在整個互作用過程中一直同步，那么，行波管的效率

3、必然能得到顯著改善。而從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，要保持電子注與電磁波在整個互作用過程中一直同步不外乎兩種方法：一種方法是使慢波系統(tǒng)中的電磁波的相速隨著軸向傳播距離的增加而逐漸減??；另一種方法則是設(shè)法使電子注在慢波系統(tǒng)中行進(jìn)一段距離后，其動能可以得到附加場的補(bǔ)充，從而使得其平均速度增大，恢復(fù)與電磁波的同步。前一種方法稱為相速漸變；后一種方法則稱為電壓跳變。本論文所采用的變周期的方法正是相速漸變的一種。 本論文以折疊波導(dǎo)慢波系統(tǒng)為具體研

4、究對象，研究內(nèi)容包括變周期折疊波導(dǎo)內(nèi)的空間諧波的分析，三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)選擇空間諧波的分析，不均勻折疊波導(dǎo)的同步問題的研究，變周期折疊波導(dǎo)的同步問題的研究，再通過電磁仿真軟件和粒子模擬軟件驗(yàn)證所得出的結(jié)論。 本文的組織結(jié)構(gòu)為： 第一章為緒論，介紹了研究的背景，微波真空電子器件的發(fā)展趨勢，相位聚焦的概念等，并闡明了論文的研究意義和范圍。 第二章分析了三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)的空間諧波的

5、選擇性，并分別推導(dǎo)了能夠?qū)崿F(xiàn)選擇空間諧波的三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)應(yīng)該滿足的條件。 第三章提出了不均勻折疊波導(dǎo)內(nèi)若存在一次空間諧波能夠與電子注在整個互作用過程中一直同步，那么它應(yīng)該滿足的條件，并分析了其結(jié)構(gòu)尺寸的變化對耦合阻抗的影響，然后利用電磁仿真軟件HFSS的模擬結(jié)果驗(yàn)證了該條件，最后利用粒子模擬軟件MAGIC研究了這種結(jié)構(gòu)對輸出功率和互作用效率的影響。 第四章分析了變周期慢波系統(tǒng)的空間諧波的情況，討論了