应用于微波管的微带型曲折线慢波结构的理论研究

摘要

微波管作为大功率和高频率的电子器件，在雷达、电子对抗和通信等方面获得了广泛的应用。慢波结构是行波管的重要组成部分，是传播电磁波并使电磁波与电子注发生相互作用的部件。慢波结构有螺旋线、耦合腔、梯形线、折叠波导等多种结构形式。随着雷达和通信系统工作频率的提高，微细加工技术的发展为微波管的小型化和微型化提供了广阔的前景。微带型慢波电路是一种平面型电路，制造工艺相对简单、成本低，适合大规模生产，对于实际应用具有重要的意义。 随着计算机软件技术的发展和计算机速度的提升，计算机模拟仿真技术在微波管设计中得到广泛的应用，世界上许多国家都积极发展计算机辅助设计技术，利用电子计算机来精确模拟微波管中电子与高频场的相互作用，与必要的实验相结合，可节省大量的设计时间，缩短研制周期。 论文根据J.A.Weiss的理论，研究了应用于微波管的微带型曲折线慢波结构的工作原理及电磁波在其中传播的特性，如色散特性、耦合阻抗和损耗特性等，分析推导出相关的理论公式，并利用Mathcad软件编制计算程序根据分析结果绘制出理论曲线。 论文利用大型电磁场软件MAFIA和微波工作室对介质板支撑的单面微带型曲折线慢波结构进行模拟，利用周期性边界条件对单个周期进行研究，分析其场分布特性，计算了单个周期相移与谐振频率的关系，并绘出色散特性的模拟曲线，与理论结果进行比较，两者基本一致。研究了用电磁场仿真软件计算微带型曲折线慢波结构耦合阻抗的方法，通过公式法计算并做出其耦合阻抗的特性曲线，对微带型慢波电路中的损耗特性及S参数也进行了模拟分析，发现在高频段端口的传输反射特性较差。通过改变慢波系统的结构参数如微带的厚度、微带的宽度和支撑介质的厚度等，研究分析了对其色散特性、耦合阻抗和传输损耗特性的影响，通过改变微带宽度与微带间隙的比值，可以提高工作频率，改善其色散特性：在小尺寸情况下，工作频率得到大幅提升，色散曲线也得到明显的改善。 论文将计算机模拟方法应用于其它的慢波结构中，如介质杆支撑的微带型曲折线和叶片加载波导型慢波结构，对其冷测特性进行分析，表明前者可以大幅提升工作频率，后者具有很宽的频带，适用于高频大功率微波器件，模拟结果可以作为提升工作频率，展宽频带的依据，为将来研制出更大输出功率的短毫米波源和太赫兹真空器件奠定理论基础，对实际的制管工作具有重要的参考意义。

目录

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摘要

第一章前言

第二章微带型曲折线慢波结构的理论分析

第三章微带型曲折线慢波结构的模拟分析

第四章两种慢波结构的模拟仿真

第五章结束语

参考文献

致谢

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