微波圆柱和同轴腔高阶横磁模式及其输出耦合

摘要

本文研究了微波圆柱和同轴谐振腔各阶TM模式的特性及其关联参数，给出了模式图；分析了其特性阻抗随腔体尺寸、频率和模式阶数变化的规律。对于圆柱腔，较低阶模的模式间隔较大。在低频段的低阶模可采用较大半径的腔体，而在高频段欲采用低阶模式就必须选用半径很小的腔体。这就限制了功率的提升。而同轴谐振腔在高频段的高阶TMn10模有较大的模式间隔。在同轴腔的长度以其横截面外半径取特定值时，腔内电场峰值位置处的轴向特性阻抗随内径的变化存在极大值；在高频段可以采用很大横截面的腔体结构和很高阶的模式；在给定的频率下，同轴腔体的横截面尺寸与TMn10模式的阶数几乎可以自由选择。理论计算结果与用电磁场软件的模拟结果相一致。所得规律可以为TM模式工作的微波谐振腔的设计提供指导。以避免设计初期冗长的模拟与试错实验，提高了设计的速度和准确性。 计算了微波圆柱和同轴谐振空腔TM模式的无载Q值随腔体尺寸和模式阶数等多种参数的变化规律。计算值与仿真值相符。这对于谐振腔的设计(例如高能加速器)有一定的参考意义。在同轴腔TM模式电场的极大值Ezm位置处引入带间隙的供电子束流通的细金属漂移管后，模拟分析了其结构的系列参数。 根据单端口微波网络的特性，以电磁场计算软件HFSS和ISFEL3D模拟了带漂移管同轴谐振腔TM310模式通过腔体侧壁的小孔和端接矩形波导基模的耦合，得到散射参数S11的幅值与相位随频率而变化的曲线和场分布；计算了输出腔的外Q值随耦合孔尺寸的变化；利用编程计算的腔体结构数据和ISFEL模拟的后处理文件数据，计算了输出腔TM310模式的复数间隙阻抗；为使输出谐振腔的特性阻抗有很好的均匀性，设计了腔内壁通过径向传输线与同轴线耦合的结构；模拟和比较了其不同结构的特性参数，得到了较为理想的结果。

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

第二章圆柱和同轴谐振腔的高阶横磁模式图及特性阻抗

第三章圆柱和同轴谐振腔高阶横磁模式的无载Q值

第四章带漂移管同轴谐振腔的模拟研究

第五章同轴空腔与波导的孔径耦合

第六章带漂移管同轴腔与波导耦合的模拟

第七章结论

读博期间发表的相关论文

致谢