热电子注状态下螺旋线行波管的电磁特性

摘要

行波管是一类十分重要的微波/毫米波电真空器件，具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优势，广泛应用在通讯、雷达、电子对抗等现代军事电子设备中。对行波管电磁特性的研究通常忽略了电子注对电磁波传播的影响，通过研究冷电压驻波比和冷高频特性来衡量行波管的电磁特性。实际上，在行波管正常工作情况下，电子注的存在必然会影响电磁波的传播状态。热状态下的电磁特性与冷状态下的电磁特性产生偏离。如何精确分析电子注对行波管电磁特性的影响，直接影响到后续注波互作用分析的精确性，并在一定程度上成为理论分析与实验测量之间误差的重要来源。本文以一宽带行波管为例，重点分析电子注对行波管电磁特性的影响。本文的主要工作和创新包括：
　　1.电子注等效媒质分析。以麦克斯韦方程和电子流体力学为基础，采用等效媒质的处理方法分别研究无穷磁场聚焦下和周期磁场聚焦下纵向传输的电子注。将无穷磁场下的电子注等效为一单轴、互易、各向异性的介电张量媒质。周期磁场聚焦下的电子注等效为一种双各向异性媒质，不仅介电率和磁导率都为张量，且具有手征特性。在此基础上进行数值模拟，分析电子注相关参数对等效媒质的影响。
　　2.螺旋线行波管电磁特性理论分析。采用螺旋导面模型，分别对未加载电子注与加载电子注的螺旋线行波管进行分析，得到相对应的色散特性、耦合阻抗及特性阻抗，并与冷状态下的结果进行对比，验证理论推导的正确性。在电子注加载情况下，重点分析了电子注电压、电子注电流和电子注半径对电磁特性的影响，为分析电子注加载对行波管电磁特性的影响提供理论基础。
　　3.利用电磁仿真软件 CST仿真宽带螺旋线行波管的驻波特性，在此基础上设计合理的衰减模型。将无穷磁场聚焦电子注和周期磁场聚焦电子注加载到螺旋线行波管中，建立对应的能量传输系统模型。采用电磁仿真软件对无穷磁场聚焦下行波管的热驻波特性进行了仿真，并分析了电子注相关参数对热驻波特性的影响。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 行波管的历史和现状

1.2 行波管的基本结构与工作原理

1.3 国内外研究概况

1.4 本学位论文研究背景与意义

1.5 学位论文主要内容与创新

1.6 本论文结构安排

第二章 电子注等效媒质分析

2.1 无穷磁场聚焦电子注等效媒质分析

2.2周期磁场聚焦电子注等效媒质分析

2.3 本章小结

第三章 螺旋线行波管电磁特性理论分析

3.1 冷状态下电磁特性理论分析

3.2 热状态下电磁特性理论分析

3.3 数值分析

3.4 本章小结

第四章 螺旋线行波管热驻波特性仿真

4.1 冷状态下螺旋线行波管仿真

4.2 无穷磁场聚焦行波管仿真分析

4.3 周期磁场聚焦行波管仿真模型

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果