變周期慢波系統(tǒng)的研究.pdf

1、慢波系統(tǒng)是行波管的重要組成部分之一。由于行波管的工作依賴(lài)于電子注與線(xiàn)路行波場(chǎng)之間的相互作用而完成，所以沿軸向傳輸?shù)男胁▓?chǎng)應(yīng)與電子注有近乎相同的速度，而且該速度應(yīng)該遠(yuǎn)比光速小。產(chǎn)生這些沿軸向傳輸?shù)那蚁嗨龠h(yuǎn)比光速小的行波場(chǎng)的電路稱(chēng)為慢波系統(tǒng)(或慢波電路)，若這些慢波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有周期性，則稱(chēng)為周期慢波系統(tǒng)。 但是，由于在慢波系統(tǒng)中電子注與線(xiàn)路行波場(chǎng)之間的能量交換屬于動(dòng)能與電磁場(chǎng)能的交換，所以，當(dāng)電子注將其相當(dāng)一部分動(dòng)能交給行波場(chǎng)后，

2、電子注的平均速度將會(huì)變慢，而當(dāng)電子注的平均速度變慢到與電磁波的相速相等，甚至小于電磁波的相速時(shí)，則電子注與該電磁波就不能再繼續(xù)維持同步狀態(tài)，也就使得電子注與行波場(chǎng)不能再繼續(xù)進(jìn)行有效的正向能量轉(zhuǎn)換，甚至?xí)l(fā)生反向能量轉(zhuǎn)換，即電子注又從行波場(chǎng)吸取能量。所以，慢波系統(tǒng)中的電子注與電磁波的同步問(wèn)題是限制行波管的效率的根本原因之一。 由對(duì)這一物理機(jī)理的分析可以想到，如果能設(shè)法保持電子注與電磁波在整個(gè)互作用過(guò)程中一直同步，那么，行波管的效率

3、必然能得到顯著改善。而從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，要保持電子注與電磁波在整個(gè)互作用過(guò)程中一直同步不外乎兩種方法：一種方法是使慢波系統(tǒng)中的電磁波的相速隨著軸向傳播距離的增加而逐漸減小；另一種方法則是設(shè)法使電子注在慢波系統(tǒng)中行進(jìn)一段距離后，其動(dòng)能可以得到附加場(chǎng)的補(bǔ)充，從而使得其平均速度增大，恢復(fù)與電磁波的同步。前一種方法稱(chēng)為相速漸變；后一種方法則稱(chēng)為電壓跳變。本論文所采用的變周期的方法正是相速漸變的一種。 本論文以折疊波導(dǎo)慢波系統(tǒng)為具體研

4、究對(duì)象，研究?jī)?nèi)容包括變周期折疊波導(dǎo)內(nèi)的空間諧波的分析，三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)選擇空間諧波的分析，不均勻折疊波導(dǎo)的同步問(wèn)題的研究，變周期折疊波導(dǎo)的同步問(wèn)題的研究，再通過(guò)電磁仿真軟件和粒子模擬軟件驗(yàn)證所得出的結(jié)論。 本文的組織結(jié)構(gòu)為： 第一章為緒論，介紹了研究的背景，微波真空電子器件的發(fā)展趨勢(shì)，相位聚焦的概念等，并闡明了論文的研究意義和范圍。 第二章分析了三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)的空間諧波的

5、選擇性，并分別推導(dǎo)了能夠?qū)崿F(xiàn)選擇空間諧波的三段周期跳變折疊波導(dǎo)和變周期折疊波導(dǎo)應(yīng)該滿(mǎn)足的條件。 第三章提出了不均勻折疊波導(dǎo)內(nèi)若存在一次空間諧波能夠與電子注在整個(gè)互作用過(guò)程中一直同步，那么它應(yīng)該滿(mǎn)足的條件，并分析了其結(jié)構(gòu)尺寸的變化對(duì)耦合阻抗的影響，然后利用電磁仿真軟件HFSS的模擬結(jié)果驗(yàn)證了該條件，最后利用粒子模擬軟件MAGIC研究了這種結(jié)構(gòu)對(duì)輸出功率和互作用效率的影響。 第四章分析了變周期慢波系統(tǒng)的空間諧波的情況，討論了