本文關鍵詞： 曲折波導 等效電路 耦合腔級聯 非線性互作用 行波管　出處：《電子科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：行波管是真空電子器件中最常見又必不可少的成員之一,經常被應用于軍事裝備系統(tǒng)中。慢波結構是行波管最核心的部件,慢波結構性能的好壞直接決定了整個行波管的性能。曲折波導慢波結構是一種新型的慢波結構,與傳統(tǒng)的螺旋線結構和耦合腔結構相比,既具有螺旋線慢波結構的寬頻帶特性,又有耦合腔結構功率容量大的特點。目前對曲折波導的非線性互作用研究主要是通過三維粒子模擬來實現的,但是該種方法計算較慢,設計周期長。本文旨在建立快速計算曲折波導慢波結構非線性互作用特性平臺,簡化設計步驟,縮短設計周期。本文以曲折波導互作用研究為課題,研究了等效線路模型,一維非線性互作用,二維非線性互作用等,主要研究內容分為以下三個部分。1.以曲折波導慢波結構為研究對象,詳細介紹了曲折波導等效模型的劃分及如何等效,并得到等效電路的元件值。通過等效線路模型,從傳輸線理論出發(fā),利用級聯轉移矩陣的方法,分析了曲折波導慢波結構色散、耦合阻抗、損耗、以及R/Q的值。另外還將等效電路的分析結果和常用的電磁仿真軟件HFSS計算結果進行了比較,從而驗證等效電路的可靠性。2.從拉格朗日分析出發(fā),得到電子學方程、線路場方程、空間電荷場方程的表達式,建立起了一維非線性互作用理論。在Matlab中采用龍格庫塔方法聯立求解幾個方程,得到計算曲折波導非線性互作用的一維程序。該程序能粗略估算曲折波導慢波結構的非線性互作用特性。3.為了提高程序計算精度,將耦合腔級聯模型應用于曲折波導,建立了二維非線性互作用理論,并基于該理論在Matlab平臺下編寫程序FWGTWT。并將二維程序FWGTWT的計算結果和一維程序的計算結果、實驗測試結果相比較。通過比較可以得到,FWGTWT計算得到的結果比一維結果更接近實際情況,這是因為一維線性理論中采用了很多近似關系,并且沒有考慮磁場的影響。二維結果和實驗測試結果相比較,輸出功率大體相同,但是增益偏高,這是由于輸入輸出波導、盒形窗等的損耗造成的。
[Abstract]:Traveling wave tube (TWT) is one of the most common and indispensable members in vacuum electronic devices, and is often used in military equipment systems. The performance of the slow wave structure directly determines the performance of the whole TWT. The zigzag waveguide slow-wave structure is a new type of slow-wave structure, which has the broadband characteristics of the helical slow-wave structure compared with the traditional spiral structure and the coupling cavity structure. At present, the nonlinear interaction of zigzag waveguides is mainly studied by three-dimensional particle simulation, but the calculation of this method is slow. The design period is long. The purpose of this paper is to establish a platform for fast calculation of nonlinear interaction characteristics of slow wave structures with zigzag waveguides, simplify the design steps and shorten the design period. In this paper, the equivalent circuit model is studied under the subject of the study of tortuous waveguide interaction. One dimensional nonlinear interaction and two dimensional nonlinear interaction are mainly studied in the following three parts. 1. Taking the slow wave structure of zigzag waveguide as the research object, this paper introduces in detail the partition of the equivalent model of the zigzag waveguide and how to equivalent it. Based on the equivalent circuit model and the transmission line theory, the dispersion, coupling impedance and loss of the slow wave structure of the zigzag waveguide are analyzed by using the method of cascade transfer matrix. In addition, the results of equivalent circuit analysis are compared with the results of electromagnetic simulation software HFSS, so that the reliability of equivalent circuit is verified. 2. Starting from Lagrange analysis, the electronic equation and line field equation are obtained. The one-dimensional nonlinear interaction theory is established by the expression of the space charge field equation. Several equations are solved by using the Runge-Kutta method in Matlab. A one-dimensional program for calculating nonlinear interaction of zigzag waveguides is obtained. The program can roughly estimate the nonlinear interaction characteristics of slow wave structures in zigzag waveguides. In order to improve the calculation accuracy of the program, the coupled cavity cascade model is applied to the tortuous waveguides. The two-dimensional nonlinear interaction theory is established, and based on this theory, the program FWGTWTis is written on the Matlab platform. The results of the two-dimensional program FWGTWT and the one-dimensional program are calculated. By comparing the experimental results, we can get the FWGTWT results which are closer to the actual situation than the one-dimensional results, which is because there are many approximate relations in the one-dimensional linear theory. Compared with the experimental results, the output power is about the same, but the gain is higher, which is caused by the loss of the input and output waveguides and box windows.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN124

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本文編號：1525715