8mm二次谐波回旋速调管模拟研究

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1、第一章引言11・1回旋器件的发展概况11・2电子回旋脉塞机理简介51・3回旋速调管的结构61・4本论文的主要工作和意义7第二［谐波回旋速调管工作特点及相关理论82・1电子回旋脉塞色散方程82.2二次谐波与基波回旋速调管的区别102.2.1二次谐波波回旋速调管的最佳耦合半径102・2・2二次谐波回旋速调管屮的非工作模式抑制112.3回旋速调管的相关理论142.3.1动力学理论142.3.2等效电路理论142・2・3点-间隙理论152・4粒子模拟基础162・4・1粒子模拟理论基础162・4.2粒子模拟方法简介172.5结

2、论19第三［8MM二次谐波回旋速调管高频结构设计203.1突变型一般圆柱谐振腔理论203.2开放圆柱谐振腔理论203.3不同谐振腔的设计212.3.1介质加载谐振腔223.3.1.1输入腔223.3.1.2中间腔253.3.2开放谐振腔263.4高频结构273.5结论29墓四［注-波互作用粒子模拟304.1回旋速调管的非线性模拟304.1.1影响效率和输出功率的因素304.1.1.1漂移段对回旋速调管效率和输出功率的影响304・1・1.2轴向磁场对效率的影响324.1.1.3电子注参数对效率的影响333.1.1.4输

3、入功率对输出功率的影响354.1.1.5输入信号频率对输出功率的影响364.1.2输入功率对增益的因素384.2PIC模拟中腔内参量的演变过程384.3结论51第五章结束语525.1本论文研究总结525.2前景展望53致谢54参考文献55攻硕期间取得的研究成果588mm二次谐波回旋速调管模拟研究独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证

4、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月曰关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：摘要回旋管作为大功率毫米波源，在机理上突破和解决了传统微波器件所

5、遇到的困难，对毫米波、亚毫米波段的开拓和利用带來了巨大的推动作用。回旋速调管放大器具有高功率、高效率、高增益的特点，并具有一定带宽，在毫米波、亚毫米波的雷达、通信、电子对抗、等离子体加热及材料处理等领域有广泛的应用前景。高次谐波的回旋速调管放大器可降低工作磁场，具有很强的实用性，因而在国际上受到高度重视。本论文对Ka波段,TE⑵模式二次谐波回旋速调管放大器的高频结构和注-波互作用进行了专题研究，得到了较优的适于二次谐波工作的高频结构，注-波互作用数值计算也取得了阶段性的结果：1•在现有的谐振腔理论指导下，建立了谐振腔

6、的计算模型，用IIFFS优化设计出了工作在35GIIz,模式纯度较高的等效输入腔、屮间腔和输出腔。2•利用粒子模拟方法，对二次谐波回旋速调管的注-波互作用，进行了大量的数值模拟研究，在不考虑电子注速度零散的情况下，在现有实验室磁场分布、现有的工艺、现有的磁控注入式电子枪参数和现有的工作电源等条件下，优化设计了三腔8mmZ1次谐波回旋速调管放大器；并在工作电压70KV,注电流16A,轴向磁场系数0.5118时得到了超过400KW的输出功率，互作用效率38%,饱和增益35dB,带宽200MHzo3.分析了电子注参数（注电

7、压、注电流和纵横速度比）、磁场空间分布及相对大小、漂移段长度等各种参数对互作用效率及输出功率的影响关系，为以后开发研制Ka波段二次谐波回旋速调管提供了较可靠的模拟理论参数。4•针对国内用粒子仿真软件时关于功率提取的不同方法，提出了仿真计算中有关输出功率和对于放大器件的调制信号功率的正确提取方法，为在以后计算设计高功率微波器件提供了更加可靠的理论支撑。关键词：回旋速调管，二次谐波，注-波互作用，粒子模拟ABSTRACTThegyrotronisTheHighPowerMicrowave(HPM)source.Theme

8、chanismofthegyrotronhasresolvedthedifficultythatthetraditionalMicrowavedevicesencountered,anditwillgreatimpeltheapplicationanddevelopmentofthemillimeterandsub-millimetertech