Ku波段螺旋波纹波导回旋行波管的高频特性及非线性理论研究

作     者：滑文强 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗勇

授予年度：2012年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：电子回旋脉塞 螺旋波纹波导 回旋行波管 耦合波理论 微扰理论 注波互作用 

摘      要：回旋行波管器件是一种具有功率高、宽频带的电子回旋脉塞器件,其在雷达探测、电子通讯和电磁干扰等领域具有重要的作用,并且在国际上受到广泛重视。二十世纪七十年代,美国、苏联等国家做了大量的关于回旋行波管的实验与理论的研究,虽然开始时实验没有取得良好结果,但是对以后的研究工作起到十分重要的作用。研究人员在对回旋行波管器件的不断研究和探索过程中,发现回旋行波管的性能主要受绝对不稳定性和速度零散的影响,同时研究人员发现通过改变波导结构或改变波导中的介质使波导的色散曲线发生变化,通过改变波导的色散曲线,就可以使这些影响减小,同时达到提高功率,增加频带的目的。上世纪九十年代,由俄罗斯G. Denisov等人提出了用螺旋波纹波导结构作高频结构的新型回旋行波管结构,这种波导结构是在圆波导的基础上通过微小的结构变化,达到改变波导纵向波数色散特性的目的,用以得到更高的功率和更宽的频带。由理论分析和数值分析结果都表明这种新型的回旋行波管结构对电子的速度零散的敏感性差,且对于增加带宽和提高功率有明显作用。由二十世纪末至今,螺旋波纹波导一直受到研究人员的高度重视,并在不断研究。 本文主要分析ku波段的螺旋波纹波导回旋行波管高频系统的结构,波导中的场分布与模式耦合,分析波导结构参数变化对波导色散曲线的影响,以及对螺旋波纹波导进行非线性理论研究。全文主要工作如下： 1以微扰理论为基础,结合耦合波理论求解出螺旋波纹波导中的耦合系数、耦合波方程组及推倒出波导的色散方程,并分析讨论其耦合过程,对其色散方程进行数值分析。 2应用三维电磁软件模拟螺旋波纹波导结构,分析发生互作用使高频系统的场分布及高频系统的色散特性。 3以自洽非线性理论为基础,研究螺旋波纹波导为高频系统的回旋行波管中电子注与波的相互作用过程,当电磁场对电子注作用,电磁场释放能量,电磁场能量减少,电子吸收能量,电子的能量增加;当电子注对电磁场作用,电子注交出能量,电子能量减少,电磁场吸收能量,电磁场能量增加。建立电子的运动方程组与电子注波的相互作用方程组,再对电子注与波互作用方程进行化简;其次对电子运动方程和互作用方程进行归一化,并分析了在考虑相对论的情况下穿过波导横截面的平均功率和互作用过程中单一电子的平均效率。