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文檔簡(jiǎn)介
1、回旋振蕩管(以下簡(jiǎn)稱回旋管)是回旋器件中發(fā)展得比較成熟的高功率毫米波器件,它主要應(yīng)用于受控?zé)岷司圩冎械入x子體電子回旋共振加熱(ECRH)、等離子體的不穩(wěn)定性控制與診斷、微波拒止武器及工業(yè)應(yīng)用等方面。近年來(lái),國(guó)際上為了ITER計(jì)劃正在發(fā)展同軸回旋管。德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)和俄羅斯應(yīng)用物理所(IAP)已研制了170GHz的同軸回旋管,在短脈沖情況下,得到超過(guò)1MW的功率。目前,正在進(jìn)一步改造性能,提高脈沖連續(xù)時(shí)間,向連續(xù)波發(fā)展。<
2、br> 同軸回旋管多采用同軸縱向內(nèi)開(kāi)槽諧振腔,對(duì)于這種諧振腔的邊界條件,目前世界上有兩種處理方式:嚴(yán)格的場(chǎng)匹配理論和表面阻抗理論。利用表面阻抗理論得到的色散方程形式簡(jiǎn)單,通過(guò)它我們不僅可以建立無(wú)源二階傳輸線方程,而且也可以推導(dǎo)出相應(yīng)的模式耦合系數(shù),這就為進(jìn)一步研究同軸回旋管高頻場(chǎng)的特性提供了條件。
本論文首先對(duì)圓柱諧振腔、光滑同軸諧振腔和同軸縱向內(nèi)開(kāi)槽諧振腔的模式競(jìng)爭(zhēng)與工作模式的選擇問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。研究了解決工作模式選
3、擇的新方法,論證了同軸縱向內(nèi)開(kāi)槽諧振腔在頻率更高時(shí),高階模式穩(wěn)定工作的優(yōu)越性。
其次,對(duì)回旋管諧振腔本征模式計(jì)算的方法進(jìn)行了深入的研究。由于傳統(tǒng)算法需要對(duì)含有場(chǎng)幅值、諧振頻率和 Q值在內(nèi)的多變量目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小值優(yōu)化,所以只能依靠屬于局部?jī)?yōu)化的可變多面體算法來(lái)進(jìn)行求解,事實(shí)證明這種方法在計(jì)算效率和準(zhǔn)確度上都是不夠理想的。因而,本論文提出了一種新計(jì)算方法,該方法避免了傳統(tǒng)算法中利用可變多面體法和經(jīng)典四階龍格—庫(kù)塔法反復(fù)搜索、迭代
4、的計(jì)算,通過(guò)對(duì)只含有諧振頻率和 Q值二個(gè)變量目標(biāo)函數(shù)的最小值求解,快速、準(zhǔn)確地確定出本征模式的所有特性。
然后,從麥克斯韋方程出發(fā),本論文推導(dǎo)了考慮模式耦合的同軸諧振腔無(wú)源二階傳輸線方程,推導(dǎo)了光滑同軸和同軸縱向內(nèi)開(kāi)槽諧振腔的模式耦合系數(shù)。最后,基于新算法和同軸諧振腔的無(wú)源二階傳輸線方程,對(duì)同軸回旋管的高頻場(chǎng)特性進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。不僅獲得了關(guān)于光滑同軸諧振腔相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,而且也獲得了同軸縱向內(nèi)開(kāi)槽諧振腔的內(nèi)導(dǎo)體槽參量與本征模
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