矩形柵內(nèi)帶狀電子束注波互作用的研究.pdf

1、行波管是微波電真空器件中最主要的器件，廣泛應(yīng)用于毫米波雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)通信、電子對抗、遙感、輻射測量等領(lǐng)域，它的性能直接決定著武器裝備的水平，因此對新型高功率短毫米波行波管的研究具有很重要的意義。本文以“矩形柵內(nèi)帶狀電子注波互作用的研究”為題，對一類新型的矩形波導(dǎo)柵慢波結(jié)構(gòu)進行了一系列的研究。包括雙矩形柵的高頻特性理論的研究和冷腔特性的仿真、雙矩形柵內(nèi)帶狀電子注波互作用的大信號計算機模擬以及雙矩形柵輸入輸出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)容。

2、 首先介紹了電子器件的發(fā)展歷史，以及目前真空電子器件的發(fā)展趨勢，對矩形柵慢波結(jié)構(gòu)和行波管注波非線性互作用理論的國內(nèi)外研究狀況做了闡述。對電磁慢波結(jié)構(gòu)的特性和分析方法做了介紹，對與本文工作相關(guān)的軟件做了簡要的說明，然后對本文要研究的雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)做了相關(guān)理論上的研究。 在理論研究的基礎(chǔ)上，利用CST公司的電磁計算軟件CST(MWS)和MAFIA軟件模擬了3mm波段雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的冷參數(shù)特性，如色散特性和耦合阻抗，為下面將進

3、行的研究打下了基礎(chǔ)。 本文重點研究了利用三維PIC軟件MAGIC對3mm波段的矩形雙柵慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)的帶狀電子注波互作用模擬，建立了相關(guān)的計算模型，給出了模擬的步驟。通過計算機三維模擬，看到了慢波結(jié)構(gòu)內(nèi)電子注良好的群聚，由相空間圖可以看到，電子注很好地將能量交給了電磁波。通過多次建模計算，得到了飽和輸出功率和頻率的關(guān)系。飽和輸出功率為172.36W，增益為30.1dB。但是對于矩形柵慢波結(jié)構(gòu)而言，由于相速過高，導(dǎo)致工作電壓也很高，給

4、工程實現(xiàn)帶來了困難。在計算機中建立的仿真模型中，帶狀注的聚焦可以采用wiggler磁場或者PCM聚焦，本文的計算模型還是采用的PCM方式來進行聚焦，但在實際情況中，帶狀注的聚焦也是值得研究的一個方向，另外，為了保證帶狀束的良好通過率，所加的聚焦磁場是比較大的，所以使得注波互作用的效率不高，在今后的研究中可以嘗試再調(diào)試一下磁場的參數(shù)，以獲得一個更為理想的聚焦磁場來提高互作用的效率。 初步探討了雙矩形柵慢波結(jié)構(gòu)的輸入輸出，利用CST