【摘要】：回旋管在主動拒止武器(ADS)、醫(yī)學(xué)研究、等離子體加熱方面有很多應(yīng)用。在過去的幾十年中,在高功率、高頻率、高效率、模式轉(zhuǎn)換、數(shù)值模擬等方面,已經(jīng)取得了長足的進展。140 GHz連續(xù)波兆瓦級回旋管的效率一般在20%~40%,所以當(dāng)互作用結(jié)束的電子注進入收集極時,有大量的功率將在收集極上耗散,收集極上電子注的功率耗散會引起管壁溫度的升高,過高的溫度會導(dǎo)致無氧銅材料的內(nèi)壁發(fā)生熱形變進而被損壞。而且溫度過高也會導(dǎo)致收集極和高頻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的絕緣性變差,降低管子內(nèi)部的真空度,這些都會影響回旋管的工作穩(wěn)定性。所以降低回旋管收集極區(qū)的溫度和對收集極的熱特性進行研究具有重要意義。本文基于課題組現(xiàn)有的工作頻率140 GHz,輸出功率1 MW的回旋管,討論研究了對于該管子收集極的散焦方案并對其進行相應(yīng)的熱特性分析,從降低收集極上的功率耗散密度和溫度的角度出發(fā),設(shè)計了對于該管子的散焦方案,為下一步進行實驗測試打下了理論基礎(chǔ)。主要包括以下幾個方面:1.介紹了以及電子光學(xué)系統(tǒng)基本理論,分析了熱傳遞的三種方式,重點介紹了在收集極區(qū)所應(yīng)用的流體與固體表面對流換熱的情況,并介紹了電子在回旋管中的運動軌跡方程和收斂磁場的絕熱壓縮作用,其中絕熱壓縮理論是后續(xù)分析優(yōu)化散焦的理論前提。2.為了滿足大功率輸出的要求,對140 GHz回旋管的收集極進行散焦優(yōu)化,介紹了在收集極增加補償線包、縱向場掃描系統(tǒng)(VFSS)、橫向場掃描系統(tǒng)(TFSS)這三種散焦方案,并分析了原始情況和TFSS散焦方案在收集極區(qū)的功率密度分布,得出了其在收集極上電子注的落點范圍為380 mm,比原始落點范圍擴大將近10倍,峰值功率密度低于370w cm~2,極大的提高了收集極的功率容量。3.利用CST工作室的聯(lián)合仿真對收集極的熱特性進行研究,分析了CST聯(lián)合仿真相比于其他傳統(tǒng)熱分析軟件的優(yōu)點,并對熱分析理論中的對流換熱系數(shù)進行了分析。得到了原始不加散焦線包的收集極在不同水流速下的溫度變化以及對應(yīng)的熱形變量,分析了在TFSS作用下,水流速為15 m/s時,對應(yīng)的溫度分布和熱形變量。
【圖文】：

米波之間的頻段，如圖 1-1 為回旋管的工作頻率范圍。波管更高的頻段上、以及有著更高的輸出能量，其功率頻結(jié)構(gòu)諧振腔中傳播的行波是快波，所以它是一種快波比工作波長大得多，所以回旋管可以產(chǎn)生更高的輸出功制出的回旋管的脈沖功率輸出水平都在兆瓦級別[1-5]。

著十分廣泛的應(yīng)用。從上世紀 70 年代以來，，對太赫茲科學(xué)技術(shù)的不斷研究也了相應(yīng)頻段的微波電真空器件的迅猛發(fā)展并取得了一定的成就。我國從上世0 年代開始著力于大功率器件回旋管的研制，到目前為止有了不錯的研究成就子科技大學(xué)對不同頻段和不同類型的回旋管進行了研究，并研制出國內(nèi)第一赫茲回旋管，如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN12

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本文編號：2662429