電子注對諧振腔振蕩頻率和電磁場分布的影響研究.pdf

1、大功率速調(diào)管是一種基于速度調(diào)制原理將電子注能量轉(zhuǎn)換成微波能量的微波真空器件，并且在寬帶雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗和通信系統(tǒng)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。諧振腔是速調(diào)管放大器當(dāng)前微波頻段大功率高增益的主要核心部件。速調(diào)管的諧振腔可分為3類，即輸入諧振腔，中間諧振腔和輸出諧振腔。輸入諧振腔的功能是輸入外加微波信號，在諧振腔間隙上建立微波電場，調(diào)制電子注。中間腔的功能是提高速調(diào)管的增益、帶寬和效率。輸出腔的功能是將群聚電子注的能量轉(zhuǎn)換成微波能量。諧振腔作為速

2、調(diào)管的高頻互作用電路，其特性對速調(diào)管的效率、增益和帶寬的性能具有決定性的影響。在速調(diào)管工作時會有電子注穿越諧振腔，使得諧振腔的性能發(fā)生變化。而諧振腔本征值問題是電磁工程領(lǐng)域的一個重要課題，一方面腔體中不同模式的場型分析直接和此問題有關(guān)，另一方面，很多腔體的最優(yōu)化設(shè)計又往往以該問題的求解為基礎(chǔ)。無源情況下的各種諧振腔中諧振頻率的大小，電磁場的分布，各種模式的分析都是研究這些腔體非常重要的參考。因此本文研究了電子注穿越諧振腔時對諧振腔的振蕩

3、頻率和電磁場分布的影響。本文的研究內(nèi)容如下：
　　 一、首先概述了速調(diào)管的結(jié)構(gòu)，工作原理，發(fā)展歷程，發(fā)展現(xiàn)狀以及諧振腔的理論。
　　 二、通過區(qū)域劃分，建立填充有電子注的諧振腔物理模型，在原有的波動方程的基礎(chǔ)上，在邊界匹配條件下進(jìn)行推導(dǎo)得到了電子注區(qū)域的電磁場分布和真空區(qū)域的電磁場分布。并且通過進(jìn)一步的推導(dǎo)，得到了TM0m0模式下的特征方程。
　　 三、通過數(shù)值計算，得到了諧振腔TM010模式和TM020模式的諧

4、振頻率ω隨著電子注的等離子體頻率ωp的變化，并且采用了圖解法求解本征值方程的方法對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證。隨著等離子體的頻率不斷增大時，諧振頻率也會不斷增大。當(dāng)?shù)入x子體的頻率為40GHz以上時，諧振腔的諧振頻率變化不大。最后通過計算仿真，得到了TM010模式和TM020模式的諧振腔的電磁場分布隨著等離子體頻率的變化情況，并且對其進(jìn)行了分析研究。由研究結(jié)果得知，當(dāng)?shù)入x子體的頻率超越諧振腔的諧振頻率時，諧振腔內(nèi)的電磁場分布會有很大的變化，這對于