本文選題：高功率 + 毫米波　； 參考：《電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：毫米波、亞毫米波具有波長短、頻帶寬、波束窄、通信容量大、存在大氣窗口等優(yōu)點(diǎn)。正是其獨(dú)特性能,使其成為近年來各國科學(xué)家和學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。然而,基于相對(duì)論質(zhì)量效應(yīng)的電子回旋脈塞(ECRM)機(jī)理發(fā)展的回旋器件可在毫米波、亞毫米波甚至太赫茲波段實(shí)現(xiàn)高功率電磁輻射輸出,從而填補(bǔ)了激光器和傳統(tǒng)微波器件在毫米波和亞毫米波段的缺口,具有其它器件無可比擬的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。這使其在熱核聚變、毫米波通信、毫米波成像雷達(dá)、電磁對(duì)抗、定向能武器、特殊材料制備加工和生物醫(yī)學(xué)等方面都有著十分重要的應(yīng)用前景,并成為國內(nèi)外電子器件的研究前沿和熱點(diǎn)。在國際熱核聚變的推動(dòng)下,高功率、高頻率回旋管是目前回旋管家族中發(fā)展最為迅速、最為成熟、取得成果最多的回旋器件�；匦艿母哳l結(jié)構(gòu)是電子注與電磁波實(shí)現(xiàn)能量交換的重要場(chǎng)所,決定了回旋管的工作性能和互作用效率。本論文基于回旋管線性理論以及自洽非線性理論等理論,對(duì)回旋管高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。本論文的主要內(nèi)容如下:1、研究分析了電子回旋脈塞機(jī)理,并根據(jù)自洽非線性理論理論,對(duì)無源和有源多模一階傳輸線方程進(jìn)行推導(dǎo),并且對(duì)其進(jìn)行數(shù)值化處理。利用計(jì)算機(jī)語言基于自洽非線性理論和耦合波理論,結(jié)合邊界條件,編寫了回旋管高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷腔數(shù)值計(jì)算程序和熱腔數(shù)值模擬程序。利用自編的程序和商用電磁仿真軟件對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,對(duì)比計(jì)算結(jié)果以驗(yàn)證自編程序。2、利用自編的冷腔數(shù)值計(jì)算程序設(shè)計(jì)一個(gè)工作頻率為170GHz回旋管的三段式高頻結(jié)構(gòu),并利用該軟件分析該腔體各個(gè)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)該腔體高頻特性的影響,以便優(yōu)化出合適的高頻結(jié)構(gòu)。3、利用線性理論,編寫回旋管高頻結(jié)構(gòu)的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流數(shù)值計(jì)算程序。借助編好的程序?qū)υ撉惑w的色散方程、耦合系數(shù)、起振電流進(jìn)行分析,為熱腔數(shù)值模擬計(jì)算提供初值。4、利用熱腔數(shù)值模擬程序?qū)υO(shè)計(jì)好的高頻結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬過程中,分析了磁場(chǎng)強(qiáng)度、電子橫縱速度比、引導(dǎo)中心半徑、電壓和電流變化時(shí)對(duì)注波互作用效率的影響。最終,得到最佳的工作條件,使該回旋管互作用效率達(dá)到最大。
[Abstract]:Millimeter wave and sub-millimeter wave have the advantages of short wavelength, bandwidth, narrow beam, large communication capacity and atmospheric window. Because of its unique performance, it has become one of the hotspots of scientists and scholars all over the world in recent years. However, the gyrotron devices based on the relativistic mass effect (ECRM) mechanism can output high power electromagnetic radiation in millimeter wave, sub-millimeter wave and even terahertz band. Thus filling the gap between the laser and the traditional microwave devices in millimeter wave and sub-millimeter band, it has the unique advantages of other devices. This makes it have a very important application prospect in thermonuclear fusion, millimeter wave communication, millimeter wave imaging radar, electromagnetic countermeasure, directional energy weapon, special material preparation and processing, biomedicine and so on. And has become the research frontier and hot spot of electronic devices at home and abroad. Driven by the international thermonuclear fusion, the high power and high frequency gyrotron is the most rapid development, the most mature gyrotron device, and the most successful gyrotron device in the current gyrotron family. The high frequency structure of gyrotron is an important place for energy exchange between electron beam and electromagnetic wave, which determines the performance and interaction efficiency of gyrotron. Based on the theory of gyrotron pipeline and self consistent nonlinear theory, the high frequency structure of gyrotron is studied in this paper. The main contents of this thesis are as follows: 1. The mechanism of electron cyclotron maser is studied and analyzed. Based on the theory of self-consistent nonlinear theory, the equations of passive and active multimode first-order transmission lines are derived and numerically processed. Based on the self-consistent nonlinear theory and the coupled wave theory and the boundary condition, the computer language is used to compile the cold cavity numerical calculation program and the thermal cavity numerical simulation program for the gyrotron high-frequency structure design. The high frequency structure reported in the literature is numerically calculated by using the self-compiled program and the commercial electromagnetic simulation software. The calculation results are compared to verify the program. 2. A three-section high frequency structure with working frequency of 170GHz gyrotron is designed by using the self-compiled cold cavity numerical calculation program. The influence of the structural parameters of each part of the cavity on the high frequency characteristic of the cavity is analyzed by using the software, in order to optimize the suitable high frequency structure. The dispersion equation and coupling coefficient of the gyrotron high frequency structure are compiled by using the linear theory. Program for numerical calculation of starting current. The dispersion equation, coupling coefficient and starting current of the cavity are analyzed with the help of the program, which provides the initial value .4 for the numerical simulation of the thermal cavity. The designed high-frequency structure is numerically simulated by using the thermal cavity numerical simulation program. In the process of numerical simulation, the effects of magnetic field intensity, electron transverse / longitudinal velocity ratio, guiding center radius, voltage and current on the beam-wave interaction efficiency are analyzed. Finally, the optimal working conditions are obtained to maximize the efficiency of the gyrotron interaction.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN12

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1822137