毫米波介质加载梯形慢波结构特性研究

摘要

作为电子真空器件，行波管在很多应用中具有独特优越性。众多科研工作者已经在这个领域做了大量坚实的工作，从而建立了相对较为成熟的行波管相关理论。为了提高行波管的性能，往往需要在现有的结构基础上，深入研究其构造特性，并根据相关的理论推导、软件仿真以及试验等手段，提出改进的结构方案，进一步优化设计。
　　本论文对行波管慢波结构的现有科研成果做了相关研究，并在此基础上提出了介质加载梯线慢波结构。利用CST微波工作室对提出的结构进行仿真时，发现所提出的介质加载梯形慢波结构在冷腔状态下相速较低，更有利于注－波互作用；利用三维粒子模拟软件对该结构进行热腔仿真，获得的增益较高。本论文主要内容如下所述：
　　一、研究了行波管结构特性相关理论，其中最主要讨论了行波管的耦合阻抗以及色散特性，同时对线性理论和非线性理论也进行了简要的介绍。
　　二、对梯形慢波结构进行了冷腔模拟仿真，并根据仿真结果分析了色散特性随结构尺寸参数改变的变化规律，以及耦合阻抗随结构尺寸参数改变的变化特性。
　　三、对介质加载梯形慢波结构进行了冷腔模拟仿真，并根据仿真结果分析了色散特性随介质加载宽度和介电常数改变的变化规律，以及耦合阻抗随介质加载宽度和介电常数改变的变化特性。在此基础上，对提出的介质加载梯形慢波结构的能量输入输出端口进行了研究，给出了合理的端口设计方案。此外，冷腔分析部分还专门针对传输参数和损耗进行了相关仿真研究。
　　四、对介质加载梯形慢波结构进行了热腔仿真分析。整个慢波结构的增益达到30.6dB，效率达到11.6％，输出频谱相当纯净，不存在杂波干扰，带宽约为1GHz；此慢波结构的热腔增益较高，但是带宽比较窄；这也是一般耦合腔慢波结构的特点，追求高增益不免要牺牲带宽。此外，本论文为了分析系统的噪声表现，在输入信号为零的状态下观察该系统的输出，分析观测结果可知系统噪声功率较低。

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第一章 绪论

1.1行波管的发展史和现状

1.2梯形慢波结构

1.3介质加载慢波结构研究

1.4 论文主要工作

第二章 相关理论研究

2.1引言

2.2慢波结构色散的计算

2.3耦合阻抗

2.4行波管线性理论

2.5行波管非线性理论

2.6本章小结

第三章 未加载介质的梯形慢波结构高频特性研究

3.1前言

3.2未加载介质梯形慢波结构的电磁场仿真

3.3未加载介质梯形慢波结构的色散特性仿真

3.4未加载介质梯形慢波结构的耦合阻抗仿真

3.5本章小结

第四章 介质加载梯形慢波结构高频特性研究

4.1前言

4.2介质加载梯形慢波结构的电磁场仿真

4.3介质加载梯形慢波结构的色散特性仿真

4.4介质加载梯形慢波结构耦合阻抗仿真

4.5冷腔结构S参数仿真

4.6本章小结

第五章 介质加载梯形慢波结构注－波互作用研究

5.1引言

5.2工作电压的近似计算

5.3介质加载梯形慢波结构行波管的仿真结构

5.4介质加载梯形慢波结构的注波互作用仿真结果

5.5系统带宽

5.6介质加载梯形慢波结构的噪声研究

5.7本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果