8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的研究

摘要

首先系统地分析了谐波回旋速调管放大器中注-波互作用的物理机制.基于等效电路模型分析,扩展了谐波回旋速调管放大器的小信号分析理论,获得了谐波回旋速调管放大器的小信号增益和各谐振腔中电子注负载电导的计算公式.结合小信号分析和选模问题,以及诸如输出腔壁的损耗、空间电荷效应等影响因素的设计考虑,确定了8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的基本设计参数.此外,根据线性分析理论,研究了放大器各谐振腔的起振条件,初步分析了放大器的带宽特性等.这些工作为8mm二次谐波回旋速调管放大器注-波互作用电路的设计,提供了基本的理论参考.利用高频结构模拟软件HFSS,完成了8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器高频系统的模拟计算,确定了输入腔、群聚腔和输出腔的基本工作参数;优化设计了放大器的输出腔结构.基于MAGIC软件,成功开发出应用于谐波回旋速调管放大器的PIC(Particle-In-Cell)粒子模拟程序.通过PIC粒子模拟,对8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的注-波互作用进行了详细的模拟计算,获得了比较准确的电磁波和粒子互作用的输出图像.研究了影响放大器互作用输出特性的因素,诸如电子注参数对效率的影响、输入功率对增益的影响以及工作磁场的变化对放大器输出功率和带宽平衡关系的影响等.计算结果与相关报道的实验结果一致.该文对实际设计的放大器结构中注-波互作用进行了计算,获得了比较理想的结果,对进一步的优化设计和实际制管很有指导意义.该文还结合PIC模拟计算,比较详细地分析了工程上抑制放大器中杂模振荡的方法,对实际工程应用具有一定的参考意义.基于耦合模理论,比较详细地分析了渐变波导中模式的耦合特性.研究了在弱耦合条件下,渐变圆柱波导中传输模式可能激励的主要杂模的判定条件和有限长度渐变波导中实现杂模相消干扰的条件,获得了主要杂模幅度的简化计算公式和渐变波导轮廓曲线的计算公式.重点研究了Dolph-Chebychev渐变波导的模式耦合特性.通过高频计算,对比分析了一种近似线性的渐变波导,一种上变正弦分布的非线性渐变波导以及一种改进的Dolph-Chebychev渐变波导杂模抑制的性能特性.针对8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器输出模式的特点,设计了一段Dolph-Chebychev渐变波导输出段.冷测实验结果证实,有限长度的Dolph-Chebychev渐变波导模式耦合特性比较理想.

目录

文摘

英文文摘

研究成果声明及关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

1.1回旋管放大器简介

1.2回旋速调管放大器的发展与现状

1.3本学位论文的主要工作与意义

第二章谐波回旋速调管放大器及其工作原理

2.1基本结构

2.2工作原理

2.3色散关系

第三章谐波回旋速调管放大器的线性理论

3.1线性理论模型

3.2电子注-波互作用的特点

3.3小信号增益的计算

3.4小结

第四章8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的小信号分析

4.1漂移管结构

4.2输出腔壁损耗的估计

4.3空间电荷效应的考虑

4.4讨论

4.5注-波互作用电路的设计

4.6小信号特点

4.7放大器带宽的近似考虑

4.8小结

第五章8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的数值模拟

5.1电磁场计算与粒子模拟的基本概念

5.2典型高频计算软件和粒子模拟软件的特点

5.3 8mm谐波回旋速调管放大器的高频场计算

5.4 8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的PIC模拟

5.5 8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器的输出特性

5.6放大器杂模振荡的抑制方法

5.7小结

第六章8mm二次谐波三腔回旋速调管放大器耦合输出段的研究与设计

6.1渐变波导的耦合波方程

6.2圆柱渐变波导的设计分析

6.3渐变圆柱波导的设计计算和比较分析

6.4 Dolph-Chebychev渐变波导的实验测试结果

6.5小结

第七章 结束语

7.1论文工作总结

7.2未来的工作

参考文献

作者在攻读博士学位期间发表的主要论文

致谢