X波段大功率磁控管优化设计

摘要

磁控管是首先投入使用的微波器件，1913年由Arthur Hull等人发明，在第二次世界大战中促使了雷达的发展。它是效率较高的微波源，在军事领域和民用领域都得到了广泛的应用，从功率和稳定性方面考虑，远远超出当前的半导体器件。在今后相当长的一段时期内，磁控管仍会在大功率、高频率领域发挥重要作用。
　　 针对现有X波段大功率磁控管四环隔模带容易被电子打坏的问题，本文利用仿真软件CST和MAGIC对其高频结构进行了优化设计。重点比较了单环隔模带、双环隔模带、三环隔模带和四环隔模带结构磁控管的高频特性，通过对仿真结果的比较提出了一种易于加工和实现的方式：单端三环隔模带结构。首先，三环隔模带结构具有频谱纯、效率高、谐振系统起振所需时间短的特点，并且能使π模式与π-1模式的分隔度达到指标要求；其次，相比于四环隔模带还具有工艺简单、稳定性高、可避免谐振系统中局部场强过强的优点；最后，由于三环隔模带的横截面积是四环隔模带的两倍之多，因此可以大大减小因电子强烈轰击而导致隔模带损坏的机率。
　　 文章最后一部分在新提出的三环高频结构下，对影响磁控管性能的相关参数进行了仿真，主要包括：阳极电压变化范围、耦合输出环长度、缓慢电压上升速度(RRV)等对磁控管性能参数的影响，以及互作用空间内的高频电场分布、阴极端帽发射、阴极的非均匀发射等情况的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状及发展动态

1.3论文的主要研究内容和章节安排

第二章磁控管基本理论分析

2.1磁控管基本理论

2.1.1隔模带技术

2.1.2磁控管色散特性

2.2磁控管基本结构

2.3磁控管中的几种电压关系

第三章X波段大功率磁控管的高频特性研究

3.1CST软件简介

3.2现有X波段大功率磁控管的分析研究

3.2.1现有X波段大功率磁控管的工作参数和结构参数

3.2.2四环隔模带高频结构仿真

3.3新型高频结构仿真研究

3.4高频结构的比较

3.5影响磁控管谐振频率及模式分隔度的因素

3.5.1谐振腔半径对谐振频率及模式分隔度的影响

3.5.2隔模带对谐振频率的影响

第四章X波段大功率磁控管的PIC模拟

4.1粒子模拟软件MAGIC简介

4.2技术指标

4.3仿真模型的建立

4.3.1阳极叶片的选择

4.3.2阴极发射模型的选择

4.3.3QL值的选择

4.3.4电流密度的选择

4.4四环隔模带结构的PIC粒子模拟

4.5三环隔模带的PIC粒子模拟

4.6两种高频结构PIC粒子模拟结果的比较

第五章相关参数对X波段大功率磁控管的影响分析

5.1阳极电压对磁控管性能参数的影响

5.2互作用空间内的高频电场分布

5.3耦合输出环对磁控管工作参数的影响

5.4缓慢电压上升速度(RRV)情况下的研究

5.5阴极端帽发射

5.6阴极的非均匀发射

第六章总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果