8mm波段同轴扩展互作用振荡器研究

摘要

毫米波指工作频率为26.5～300GHz范围内的电磁波，因其具有波束窄、频带宽等优点，在军事和民用两个方面都有诱人的应用前景，目前在国际上是一个很活跃的研究领域。扩展互作用器件是一类重要的毫米波电真空器件，经研究发现扩展互作用振荡器(EIO)十分适合工作在毫米波波段，目前已经发展成为一类重要的大功率毫米波器件。本文在国家自然科学资金的资助下对扩展互作用振荡器进行了深入的研究，主要研究工作和创新点如下：
　　一、首先提出了把内外同轴圆盘加载波导作为扩展互作用振荡器的慢波结构，然后根据圆柱载模波导的不均匀理论，推导了内外同轴圆盘加载波导慢波结构的色散方程，通过编程计算得到了同轴 EIO慢波结构的色散曲线和工作于8mm波段的慢波结构参数。
　　二、首先提出设计了分段式的内外圆盘加载的同轴波导作为毫米波EIO的高频系统，然后使用2.5维全电磁模的MAGIC程序对高频系统进行较为全面的模拟研究。通过粒子模拟，直观地了解高频系统了中注波互作用的物理过程，分析了结构参数、束流参数和磁场参数对输出功率的影响，获得了相关参数的优化值。
　　三、运用卡诺平面空间电荷流理论计算出了卡诺长枪平面电极形状，在此基础上采用阴极表面电场相等计算法推导出了轴对称电极的形状，并利用MAGIC软件对轴对称电极的参数进行优化，最后设计得到满足高频系统要求的环形注电子枪。
　　四、根据设计的高频系统和环形注电子枪，结合本实验室所能达到的运行指标，对同轴EIO进行了整管粒子模拟。在外加磁场为0.5T时，获得了频谱特性良好的8mm波段14.5kW的连续波功率输出。

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第一章引言

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 发展动态

1.4本论文的工作与论文组织

第二章 同轴EIO慢波结构的色散特性研究

2.1引 言

2.2慢波结构色散方程

2.3 数值计算

2.4结论

第三章 同轴EIO高频系统的粒子模拟

3.1 引言

3.2高频系统结构和设计思想

3.3 粒子模拟和结果分析

3.4 工作参数的影响

3.5结论

第四章 电子枪的设计和粒子模拟

4.1 引言

4.2 电子枪原理示意图

4.3卡诺平面空间电荷流理论及其设计方法

4.4电子枪设计实例

4.5 粒子模拟结果

4.6 结论

第五章 同轴EIO整管粒子模拟

5.1引言

5.2 整管模拟模型

5.3 粒子模拟结果分析

5.4 结论

第六章 全文总结

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果