C波段多注速调管三维数值模拟研究

摘要

多注速调管是在单注速调管的基础上发展起来的一种微波功率放大器件,具有工作电压低,频带宽,效率和增益高等特点,广泛应用于科学研究、国防及国民经济领域中。作为电真空微波源器件设计不可或缺的步骤之一,模拟计算在速调管的设计上起着重要作用。
　　本论文主要对 C波段多注速调管进行全三维的理论分析和数值模拟研究,首先分析了大功率速调管的空间电荷波理论、强流电子光学理论及电子束与电磁场互作用的物理过程。在单注速调管理论的基础上,分析多注速调管注波互作用的理论和计算。
　　采用CST软件对多注速调管的高频结构进行研究,主要分析矩形重入式谐振腔,包括中间群聚腔、输入腔和输出腔的结构尺寸对谐振腔特性参数的影响,最后确定了谐振腔的工作模式、谐振频率、特性参数等工作参数及结构参数,尤其在计算输入腔及输出腔的外观品质因数时,重点研究耦合口的大小对外观品质因数的影响。
　　采用 CHIPIC三维粒子模拟软件对多注速调管的电子光学系统结构分别进行了深入分析和模拟。为了简化计算,电子枪采用系统主轴上一注电子注进行确定电子注参数及电子枪区磁场分布,保证电子注较好的聚焦和层流性。选择速调管互作用区的聚焦方式和磁场大小及分布,取得要求的电子注半径以及好的层流性等特性参数,保证电子通过率。由于多电子注共用一个收集极,因此在收集极入口处,易形成虚阴极,引起电子回流,使速调管工作不稳定,因此对收集极结构和收集极区磁场进行优化设计,得到电子在收集极发散,没有电子回流现象。在确定速调管电子光学系统各结构的基本参数之后,计算了电子光学系统。
　　最后在CHIPIC平台对多注速调管进行全三维数值模拟研究。首先研究电参数对速调管输出功率的影响,再在研究输出腔的基础上,观察输出腔耦合口的尺寸对输出功率的影响及速调管工作稳定性的影响。最后在电子注电压为28kV,总电流为43A,输入频率5.6GHz,输入功率为50W的条件下,得到输出峰值功率为760kW,输出平均功率为380 kW,效率为57％,增益约为40dB,带宽为200MHz。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 多注速调管的发展历史、技术现状和发展趋势

1.3 多注速调管的工作原理

1.4 多注速调管的特点和应用

1.5 CHIPIC软件介绍

1.6本论文研究内容及意义

第二章 速调管的理论

2.1空间电荷波理论

2.2速调管的大信号理论

第三章 矩形谐振腔的研究

3.1谐振腔的一般理论

3.2多注速调管谐振腔

第四章 电子光学系统的模拟研究

4.1电子枪

4.2聚焦系统

4.3收集极

4.4电子光学系统

第五章 多注速调管的计算模拟

5.1建立模型

5.2电参数对多注速调管性能的影响

5.3结构参数对多注速调管性能的影响

5.4多注速调管的粒子模拟

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果