热形变对螺旋线行波管性能参数的影响研究

摘要

随着真空器件技术的不断进步，军用和民用行业中对行波管性能的要求也越来越高。宽频带、高功率特性的行波管被广泛应用于微波源和微波放大器领域。随着通信、雷达、电子对抗等技术的发展，小型化、长寿命、高可靠性的行波管成了迫切需求。 因为行波管的工作频率很高，要求行波管慢波结构的尺寸非常精细，这给设计和加工带来了很大困难。为了提高设计效率，现在的行波管设计工作大量引入了计算机模拟技术。本文的主要工作就是应用大型通用有限元计算软件ANSYS，利用ANSYS模拟螺旋线行波管慢波结构的热特性、热形变和高频特性，并对该软件进行了二次开发。 第二章给出了螺旋线行波管慢波结构热特性的相关理论，介绍了热产生原因、热传递方式、影响热特性的因素、接触热阻等。第三章给出了ANSYS热分析的理论基础，描述了ANSYS软件进行螺旋线慢波结构热分析的具体步骤，并从理论、实验、模拟对所得结果进行了对比分析，三者是一致的，证明了应用ANSYs软件对螺旋线慢波结构进行热分析是可靠的。ANSYS热分析中模拟得到了螺旋线行波管慢波结构的温度分布云图和热流密度矢量图，可指导设计人员对行波管的可靠性进行分析，对整管散热性能作出相应的改进。在热分析的基础上，给出了ANSYS中进行详细的热-结构耦合分析步骤，获得了慢波结构的热形变，并得到了各部分的形变大小情况。第四章介绍了色散特性和耦合阻抗特性的数值计算方法，给出了CSTMWS和ANSYS中模拟色散和耦合阻抗的方法，并对比分析了它们之间的差异，对螺旋线慢波结构高频特性的模拟得到了色散特性曲线和耦合阻抗曲线。利用热形变结果更新有限元模型，直接在ANSYS中进行高频分析，获得了热形变后螺旋线慢波结构的高频特性，在同一仿真平台中获得的热形变前后高频特性数据是具有可比性的，能够指导行波管设计人员的热特性设计工作。 最后，第五章介绍了利用Visual Studio2005开发平台对ANSYS进行二次开发，形成了一套专门用于螺旋线行波管慢波结构热特性分析的软件。该软件具有简单易用的特点，具有足够的精度，在行波管设计人员不懂ANSYS的情况下，他们亦能很好的完成热分析，加快了设计进程，因此，这套专用计算软件给行波管设计人员提供了方便，达到了提高设计效率和节约设计成本的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1引言

1.1.1行波管的早期发展史

1.2螺旋线行波管慢波结构热分析研究的现状和发展

1.3热形变对行波管性能参数影响的研究价值

1.4本论文的主要工作与创新点

1.5学位论文的组织结构

第二章螺旋线行波管慢波结构的热特性

2.1螺旋线行波管慢波结构的热产生机理及热传递路径

2.2慢波结构热特性对行波管性能参数的影响

2.3改善慢波结构的散热性能

2.4螺旋线慢波结构中的接触热阻

2.4.1接触热阻的定义

2.4.2影响接触热阻的因素

2.5螺旋线温升的研究

2.5.1螺旋线温差的理论计算

2.6本章小结

第三章螺旋线行波管慢波结构热形变的ANSYS模拟研究

3.1模拟行波管慢波结构热特性的基本理论与方法

3.2 ANSYS热分析过程

3.2.1实体模型的建立

3.2.2单元类型和材料属性的指定

3.2.3划分网格

3.2.4接触热阻的模拟

3.2.5载荷与约束的加载

3.2.6求解与后处理

3.2.7理论计算

3.2.8结果与讨论

3.3螺旋线行波管慢波结构热形变分析

3.3.1热-结构耦合分析

3.3.2结果与讨论

3.4本章小结

第四章热形变对螺旋线行波管慢波结构高频特性的影响

4.1高频特性的数值计算

4.1.1色散特性的数值计算方法

4.1.2耦合阻抗的数值计算方法

4.1.3电磁仿真软件在高频特性计算中的应用

4.2螺旋线慢波结构热形变对高频特性影响的数值计算

4.2.1 ANSYS计算螺旋线慢波结构热形变对高频特性的影响

4.2.2结果与讨论

4.3本章小结

第五章螺旋线行波管慢波结构热分析专用软件的开发

5.1专用软件的设计思路

5.2热特性计算的流程与实现

5.3热特性计算软件的运行

5.4本章小结

第六章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果