耦合腔行波管慢波结构的热分析与冷测特性的模拟计算

摘要

随着真空电子技术的不断发展，军事电子工业和民用行业中对行波管性能的要求也越来越高。行波管作为高功率宽频带的微波源和重要的微波信号放大器在相关行业中具有不可替代的地位。现代卫星通信、空间通信、相控阵雷达等技术的发展又从小型化、高寿命、高可靠性等方面对行波管提出了更高的要求。 由于行波管工作的频率很高，因此行波管慢波结构的尺寸非常精细，这给设计工作带来了很大的难度。为了节约设计成本并提高设计效率，现在的行波管设计工作大量引入了计算机模拟技术。在行波管设计行业中，计算机模拟技术可以应用到行波管设计的每个环节中。本文的主要工作就是利用大型通用有限元计算软件ANSYS模拟耦合腔行波管慢波结构的热特性和冷测特性并对该软件进行了二次开发。 文中给出了热特性计算的相关理论基础，并介绍了应用ANSYS模拟耦合腔慢波结构热特性的具体方法和步骤。对耦合腔慢波结构热特性的模拟得到了以温度分布云图和热流密度矢量图方式表示的结果。该结果明确地显示了慢波结构各处的温度情况，可用于指导设计人员对行波管的可靠性进行分析，并对整管散热性能作出相应的改进，以使得行波管能得到更高的输出功率。 文中介绍了色散特性和耦合阻抗特性的分析方法，给出了色散特性模拟时边界条件的推导和由色散特性结果计算耦合阻抗特性的理论推导过程，并具体给出了用ANSYS模拟冷测特性的方法和步骤。对耦合腔慢波结构冷测特性的模拟得到了色散特性曲线和耦合阻抗曲线。这对于研究行波管的增益特性、电子注与波互作用的情况等都有很大的作用。将ANSYS模拟结果与实验测试数据进行了对比，发现模拟计算的误差很小，完全可以满足耦合腔慢波结构设计时误差允许的范围。文中也将ANSYS模拟结果与MAFIA模拟结果进行了对比，验证了ANSYS模拟的高精度和高效率的特点。 本文在模拟的基础上对ANSYS进行了二次开发，形成了一套专门用于耦合腔行波管慢波结构热特性和冷测特性分析的软件。该软件具有简单易用的特点，并能保证足够的计算精度。因此，这套专用计算软件给行波管设计人员提供了方便的工具以达到提高设计效率和节约设计成本的目的。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

第二章耦合腔行波管慢波结构的热特性

第三章耦合腔行波管慢波结构热分析的ANSYS模拟研究

第四章耦合腔行波管慢波结构的冷测特性

第五章耦合腔行波管慢波结构冷测特性的ANSYS模拟研究

第六章专用计算软件的开发

第七章结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果