【摘要】：隨著高功率微波技術的發(fā)展及其應用需求的提高,提高器件工作頻率和功率容量是高功率微波源技術發(fā)展的重要目標。對于高頻段器件,其橫向尺寸相對較小,這嚴重制約了微波源功率容量的提高。一種有效的解決辦法就是增加器件的橫向尺寸和使用大直徑環(huán)形電子束。然而,這種過模結構的微波源常面臨模式競爭,輸出頻譜復雜等問題。因此研究微波源在高頻率、高功率容量的條件下,保持模式選擇能力的方法,成為近幾年來的研究熱點。二維周期表面晶格結構是一種在過模條件下保持模式選擇能力的新型結構,具有高功率容量的潛力。國外已經開展了一些基于圓柱二維周期表面晶格結構的微波源的初步的理論和仿真研究。在此基礎上,本文對基于圓柱二維周期表面晶格結構的微波源開展了進一步的探索和研究。論文首先開展了相關理論研究。建立了圓柱二維周期表面晶格結構的數學模型,推導了基于電介質圓柱波導模型的相關理論表達式。主要結論有:本征模式中的耦合條件為Bragg條件;電介質圓柱波導模型的參數與工作頻率、晶格參數有關;根據電壓可以將器件分為高、低電壓工作狀態(tài),并且不同的工作狀態(tài)需要和器件的幾何結構相匹配。其次,研究了該結構的高頻特性。結果表明,該結構內本征模式為體積波TM0l和表面波HE7n的疊加;隨著本征頻率增加,體積波和表面波的徑向周期數增加,角向周期數保持不變,并且本征模式中的體積波為接近截止的體積波;該結構可以簡化為電介質圓柱波導模型來研究;晶格上分布有表面電流,表面波和體積波通過表面電流發(fā)生了耦合,這種耦合成為該結構在較大過模比時保持模式選擇能力的原因。最后,采用VSim軟件進行了三維粒子模擬。結果表明,當輸入電壓170kV,電流20A,磁場1.8T,電子束發(fā)射位置距軸線2.0mm時,得到了50kW,923GHz的微波輸出;電子束的縱向動量空間分布比較混亂,但是仍存在著電流調制現象;電子束在腔體內的角向運動不可忽略;束波同步條件理論推導結果和粒子模擬結果相差較大,但仍能夠揭示器件的工作規(guī)律;通過研究電壓、磁場、電子發(fā)射位置對微波輸出的影響可以為器件設計和優(yōu)化提供指導規(guī)律。
【圖文】：

圖 1.3 外導體加工波紋結構 圖 1.4 內導體內加工波紋結構圓柱 2D PSL 結構加載電子束后，能夠在器件處于過模工作狀態(tài)時，，提供分布式反饋來使不同部分的電子束引起的輻射保持同步并具有模式選擇能力[37]。圖 1.5為仿真剖面圖，圖 1.6 為加工得到的實物圖。圖 1.5 圓柱 2D PSL 結構剖面圖 圖 1.6 圓柱 2D PSL 結構實物圖1.2.4 2D PSL 結構微波源的發(fā)展情況

圖 1.3 外導體加工波紋結構 圖 1.4 內導體內加工波紋結構圓柱 2D PSL 結構加載電子束后，能夠在器件處于過模工作狀態(tài)時，提供分布式反饋來使不同部分的電子束引起的輻射保持同步并具有模式選擇能力[37]。圖 1.5為仿真剖面圖，圖 1.6 為加工得到的實物圖。圖 1.5 圓柱 2D PSL 結構剖面圖 圖 1.6 圓柱 2D PSL 結構實物圖1.2.4 2D PSL 結構微波源的發(fā)展情況
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN61

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 楊闊;石成才;;一種快速分析周期性慢波結構色散特性的方法[J];吉首大學學報(自然科學版);2012年03期

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1 王虹宇;賈宏新;;VSim軟件高級特征及相關應用[A];第十六屆全國等離子體科學技術會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學研討會會議摘要集[C];2013年

相關博士學位論文 前5條

1 令鈞溥;Ku波段低磁場同軸渡越時間振蕩器的研究[D];國防科學技術大學;2014年

2 朱俊;低磁場準單模Cerenkov型高功率毫米波器件研究[D];國防科學技術大學;2011年

3 辛琦;正弦波紋同軸布喇格諧振腔研究[D];西南交通大學;2011年

4 賴穎昕;正弦波紋同軸布喇格結構研究[D];西南交通大學;2008年

5 賀軍濤;新型渡越時間振蕩器的研究[D];國防科學技術大學;2004年

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本文編號：2545599