x波段圆盘加载返波振荡器的特性分析

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1、摘要摘要高功率微波的重要研究领域之一是高功率微波源，而高功率微波源的核心部件是电子注与波进行互作用的场所，对返波管而言即为慢波系统，它的优劣直接影响高功率微波源的性能。本文中提出的慢波系统是内同轴圆盘加载结构。主要研究工作和创新点如下：一、首先提出了把内同轴圆盘加载结构作为相对论返波振荡器的慢波结构，从Maxwell方程组和Floquet定理出发，导出了电磁波在内同轴膜片加载相对论返波振荡器中的色散关系。通过编程计算得出TM。。模式的色散曲线；数值分析了慢波结构的周期长度和槽深对器件色散特性的影响。二、运用场匹配法，推导出该慢波系统耦合阻抗表达式，并通过数值计算，讨论了慢波系统几何参量对

2、耦合阻抗的影响。三、对内同轴圆盘加载返波振荡器中注波互作用线性理论进行了研究。利用场匹配方法，推导出此结构在小信号条件下的热色散方程，讨论了在给定几何参量的条件下，小信号增益与工作频率的关系。四、运用粒子模拟的方法，对设计好的内同轴圆盘加载结构的返波管进行粒子模拟，得出了各参数对输出功率和效率的影响规律，得出了一组优化值。研究结果表明该种器件具有一系列突出优点：同轴结构导体的存在，加大了电子注半径，在工作电流不变的情况下空间电荷效应大幅度降低，因而可工作在低磁场状态，聚束磁场仅需要0．7T。内同轴圆盘加载波导内场分布也有利于实现高效的注波互作用，且慢波结构在内导体上，加工很方便。因此该器

3、件具有广阔的应用前景。关键词：相对论返波管，同轴圆盘加载圆波导，慢波结构，色散曲线，耦合阻抗，小信号增益abstractABSTRACTTherelativisticbackwardwaveoscillator(RBW0)isoneofthehighestoutputpowermicrowavesourcestoday．Asthemaincomponentofthebeam—waveinteractionofthebackwardwaveoscillatorforproducingmicrowaveenergy,theslow-wavestructure(sws)isthekeyofth

4、eRBWO．ItbasicallydeterminestheperformanceoftheRBWO．Inthedissertation，theinnercoaxialdisk-loadedcylindricalwaveguideusedass'WSofRelativisticBackward-waveoscillatorisdiscussed．Severalvaluableachievementsarelistedasthefollowings：1．TheRBWOwithinnercoaxialdiskloadedSWSisstudiedinthepaper．Thedispersion

5、relationoftheSWSisdeducedaccordingtoMaxwell’SequationandFloquettheory．NumericalanalysisiscarriedoutandthedispersionCall'vesaregotten．2．Theexpressionofthecouplingimpedanceisobtainedaccordingtothefieldmatchingmethod．Theeffectsofthestructureoncouplingimpedancearediscussedwithnumericalcalculations．3．

6、Thelineartheoryofthecoaxialdisk—loadedcylindricalwaveguideBWOisbuiltandthedispersionequationwithanannularelectronbeamoftheBWOisobtainedaccordingtothefieldmatchingmethod．Thecomputationresultsofthedispersionequationindicatetherelationsbetweentheoperatingfrequencyandthesmallsignalgain．4．Thebeam-wave

7、interactionofthedeviceissimulatedandoptimizedbyPICmethod．Someimportantparametersofeffectingtheoutputpowerandefficiencyarediscussedindetail．TheresultsofthestudyshowthattheRBWOwithaninnercoaxialdisk-loadedstructurehasuni