基于超材料的新型高功率微波輻射源.pdf

1、近年來(lái)超材料理論與應(yīng)用研究已經(jīng)成為國(guó)際上一個(gè)熱門研究方向，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于超材料的研究已經(jīng)被列入重要的戰(zhàn)略位置，基于超材料的微波器件的設(shè)計(jì)研究就是其中一個(gè)重要分支。基于超材料設(shè)計(jì)的新型真空電子器件相對(duì)于傳統(tǒng)的電真空器件而言具有注波互作用效率更高，小型化及單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工裝配等優(yōu)勢(shì)。其中，基于超材料的返波振蕩器結(jié)合了超材料和傳統(tǒng)返波管的特性，較好的體現(xiàn)了上述優(yōu)勢(shì)。
　　本論文的主要研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一種工作于 S波段的新型微波輻

2、射源器件。首先，文章介紹了具有負(fù)電磁特性的細(xì)金屬棒(Rod)結(jié)構(gòu)和互補(bǔ)開口諧振環(huán)(CSRR)，在此基礎(chǔ)上，將兩者結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理演變，獲得本文所研究的具有負(fù)電磁特性的單元結(jié)構(gòu)。通過(guò)仿真計(jì)算分析，并與傳統(tǒng)耦合腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，確定了新型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在。接著將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于新型微波輻射源慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中并給出了耦合環(huán)輸出裝置和矩形波導(dǎo)輸出裝置兩種輸出裝置的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于慢波結(jié)構(gòu)的幾何參量也通過(guò)仿真計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化。最后，針對(duì)聚焦磁場(chǎng)的設(shè)定與起振電流的

3、大小，通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)比給出了合理取值范圍。最終獲得了工作于 S波段，峰值輸出8.8MW,電子效率36％，相較于傳統(tǒng)返波器件（1%到15%）具有更高電子效率的新型輻射源器件。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容可分為4個(gè)部分：
　　1、具有負(fù)電磁特性的單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。將構(gòu)成單負(fù)特性的經(jīng)典結(jié)構(gòu)合理組合演變，獲得一種新的具有負(fù)特性的單元結(jié)構(gòu)，通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)其電磁特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與傳統(tǒng)耦合腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，確定了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
　　

4、2、慢波結(jié)構(gòu)及耦合輸出結(jié)構(gòu)的研究。選取幾個(gè)電壓工作點(diǎn)，通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)慢波結(jié)構(gòu)的周期長(zhǎng)度與周期個(gè)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得高的輸出功率和小的器件尺寸。在已有的耦合環(huán)輸出結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)慢波結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)分布進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出更易裝配，耦合輸出效率更高的矩形波導(dǎo)輸出結(jié)構(gòu)。
　　3、器件電參數(shù)的研究。同時(shí)，對(duì)于確定的器件結(jié)構(gòu)，通過(guò)仿真計(jì)算給出合理的聚焦磁場(chǎng)和器件穩(wěn)定工作電流的大小，方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)工作的開展。
　　4、單元結(jié)構(gòu)的變形擴(kuò)展研究。基于實(shí)