開放式梳形槽波導慢波系統(tǒng)研究.pdf

1、行波管總的發(fā)展趨勢是向更寬的頻帶，更高的輸出功率，更高的效率，更高的可靠性和更長的使用壽命方向發(fā)展。行波管中的慢波結(jié)構(gòu)作為行波管的一個核心部件，它的性能的優(yōu)劣直接決定著行波管的整體性能。開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)具有易于微加工，橫向尺寸大，散熱性好等優(yōu)點，是一種有潛力工作于毫米波段或亞毫米波段甚至THz波段的高頻系統(tǒng)。 本論文從理論上對開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)進行了深入的研究的基礎(chǔ)上對慢波結(jié)構(gòu)在加載介質(zhì)和梳為任意形狀的兩種情況進行

2、了研究，推導了這些慢波結(jié)構(gòu)的色散方程和耦合阻抗表達式。通過數(shù)值計算，獲得了這類慢波結(jié)構(gòu)的色散特性和耦合阻抗隨參數(shù)的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，建立了慢波結(jié)構(gòu)中電子注與波的注波互作用小信號線性理論，獲得了慢波結(jié)構(gòu)的“熱”色散方程，通過數(shù)值計算的方法，分析了電子注注參數(shù)對小信號增益的影響，并由此獲得了增加帶寬和增益的途徑。本論文的主要工作成果和創(chuàng)新之處在于： 1．對開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)采用嚴格的場匹配的方法，同時考慮快波和慢波，推導出

3、了色散方程和耦合阻抗表達式，并通過數(shù)值計算的方法比較了慢波結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對色散特性和耦合阻抗的影響。分析表明只要減小慢波結(jié)構(gòu)的周期和梳高，可以使慢波結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作到更高的頻段。 2．對開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)的注波互作用線性理論進行了研究。采用自洽場理論，推導出了“熱”色散方程，并通過數(shù)值計算的方法考察了慢波結(jié)構(gòu)參數(shù)以及電子注參數(shù)對小信號增益的影響。 3．對介質(zhì)加載開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)采用場匹配的方法，同時考慮快波和慢

4、波，推導出了介質(zhì)加載開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)的色散方程和耦合阻抗表達式，通過數(shù)值計算的方法計算分析了介質(zhì)的介電常數(shù)和介質(zhì)厚度對色散特性和耦合阻抗的影響。分析表明，介質(zhì)層的加入雖然使慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗有所降低，但其在降低了電磁波的相速的同時展寬了慢波結(jié)構(gòu)的頻帶。 4．獲得了介質(zhì)加載開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)的注波互作用進行了線性理論，并采用自洽場理論，推導出了介質(zhì)加載開放式矩形梳波導慢波結(jié)構(gòu)“熱”色散方程，通過數(shù)值計算的方法計算分析

5、了介質(zhì)的介電常數(shù)和介質(zhì)厚度以及電子注參數(shù)對小信號增益的影響。分析表明介質(zhì)層的加入雖然使慢波結(jié)構(gòu)的增益有所降低，但其展寬了慢波結(jié)構(gòu)的頻帶。 5．在梳區(qū)采用矩形階梯近似方法，利用場匹配的方法，推導出了任意梳形開放式矩形波導慢波結(jié)構(gòu)的普遍色散方程和耦合阻抗，通過數(shù)值計算，詳細的對五種不同梳結(jié)構(gòu)的色散特性和耦合阻抗進行了研究并比較了它們之間的差異。研究表明在相同梳口和梳寬情況下，三角形梳結(jié)構(gòu)的帶寬最寬，但耦合阻抗最低；倒梯形梳結(jié)構(gòu)“冷”