毫米波高功率回旋管高效率镜面系统设计研究

发布时间：2017-10-13 00:25

  本文关键词：毫米波高功率回旋管高效率镜面系统设计研究

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【摘要】：回旋振荡管作为一种高功率微波源,能在毫米波及亚毫米波波段输出高功率电磁能量,在受控热核聚变的等离子体加热、定向能武器、先进材料处理等领域有着广泛的应用。准光模式变换器是高功率回旋振荡管中的关键部件之一,能够输出可实现回旋振荡管高输出功率和适用于远距离传输的高斯波束,有利于提高回旋振荡管的工作稳定性和整管效率。国外各研究机构已经针对准光模式变换器镜面系统从基础理论、仿真计算和工程实验等方面展开了大量系统深入的研究,国内在该领域的研究工作尚处于起步阶段。在此背景下,本文在广泛调研的基础上,对准光模式变换器镜面系统进行了系统深入的理论研究、结构设计和数值模拟。论文的主要工作如下:1.对Vlasov型准光模式变换器镜面系统进行了详细的理论分析。采用几何光学分析法,给出了Vlasov阶梯切口型准光模式变换器镜面系统的理论计算模型,详细讨论了标准曲面反射镜的设计方法。编写仿真程序并利用该程序设计了95GHz,TE03模回旋振荡管中的双反射镜准光模式变换器,模拟结果显示输出波束高斯含量高达98%,镜面系统功率传输效率大于97%,模式转换效率达到84.86%。2.根据140 GHz,TE28,8模回旋振荡管的研制需求,编写仿真程序,采用文献中给出的参数和实验结果对仿真程序进行了可靠性验证。同时研究了相位校正镜面系统的相位校正原理和镜面设计方法,并基于误差控制K-S算法编写了准光模式变换器相位校正镜面的程序。仿真结果表明,输出波束中矢量基模高斯纯度由90.2%提高到92.9%,输出波束质量得到明显改善。3.利用所开发仿真程序,采用新的辐射器扰动结构设计了TE28,8模Denisov型准光模式变换器不规则四级镜面系统和三级镜面系统,并对辐射器和镜面系统进行了数值模拟,详细分析了TE28,8模式到基模高斯的模式变换过程,对准光模式变换器镜面系统输出的高斯波束质量进行了定量分析。结果表明,准光模式变换器镜面系统的功率损耗小于2%,输出波束的矢量基模高斯纯度为95%,标量基模高斯纯度达到98%,模式转换效率高于90%。
【关键词】：回旋振荡管 高功率 准光模式变换器 镜面系统 高斯波束
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 回旋管的研究现状10-12
• 1.2.2 镜面系统研究现状12-15
• 1.3 论文研究的主要内容及结构安排15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 准光模式变换器镜面系统基础理论16-26
• 2.1 高斯波束理论16-20
• 2.1.1 高斯波束的传播特性16-19
• 2.1.2 高斯波束的转换19-20
• 2.1.3 高斯模式纯度评估方法20
• 2.2 口径衍射理论20-23
• 2.2.1 标量绕射理论21-22
• 2.2.2 矢量绕射理论22-23
• 2.3 表面感应电流分布法23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 Vlasov型准光模式变换器镜面系统研究26-36
• 3.1 几何光学理论26-27
• 3.2 Vlasov型准光模式变换器镜面系统设计27-31
• 3.2.1 镜面系统的设计27-30
• 3.2.2 镜面系统的数值计算方法30-31
• 3.3 TE_(03)模二级镜面系统准光模式变换器仿真模拟31-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 Denisov型准光模式变换器镜面系统研究36-60
• 4.1 Denisov型辐射器36-38
• 4.2 不规则曲面聚焦反射镜镜面系统设计38-43
• 4.2.1 不规则曲面反射镜设计38-39
• 4.2.2 相位校正镜设计39-42
• 4.2.3 相位解缠42-43
• 4.3 程序编写与验证43-51
• 4.4 140 GHz，TE28,8 模准光模式变换器镜面系统仿真模拟51-59
• 4.4.1 四级镜面系统仿真模拟53-57
• 4.4.2 三级镜面系统仿真模拟57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 结束语60-62
• 5.1 主要工作60-61
• 5.2 后续研究工作展望61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 曾旭;冯进军;;高功率微波源的现状及其发展[J];真空电子技术;2015年02期

2 蒙林;李天明;李浩;;国外高功率微波发展综述[J];真空电子技术;2015年02期

3 史少辉;刘濮鲲;杜朝海;徐寿喜;耿志辉;李铮迪;王虎;;W波段三次谐波回旋振荡管的模拟与设计(英文)[J];红外与毫米波学报;2014年01期

4 王斌;杜朝海;刘濮鲲;耿志辉;徐寿喜;;W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计[J];物理学报;2010年04期

5 刘濮鲲,徐寿喜;回旋速调管放大器及其发展评述[J];电子与信息学报;2003年05期

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本文编号：1021811