热电子注状态下螺旋线行波管的电磁特性

发布时间：2019-04-28 07:27

【摘要】：行波管是一类十分重要的微波/毫米波电真空器件,具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优势,广泛应用在通讯、雷达、电子对抗等现代军事电子设备中。对行波管电磁特性的研究通常忽略了电子注对电磁波传播的影响,通过研究冷电压驻波比和冷高频特性来衡量行波管的电磁特性。实际上,在行波管正常工作情况下,电子注的存在必然会影响电磁波的传播状态。热状态下的电磁特性与冷状态下的电磁特性产生偏离。如何精确分析电子注对行波管电磁特性的影响,直接影响到后续注波互作用分析的精确性,并在一定程度上成为理论分析与实验测量之间误差的重要来源。本文以一宽带行波管为例,重点分析电子注对行波管电磁特性的影响。本文的主要工作和创新包括:1.电子注等效媒质分析。以麦克斯韦方程和电子流体力学为基础,采用等效媒质的处理方法分别研究无穷磁场聚焦下和周期磁场聚焦下纵向传输的电子注。将无穷磁场下的电子注等效为一单轴、互易、各向异性的介电张量媒质。周期磁场聚焦下的电子注等效为一种双各向异性媒质,不仅介电率和磁导率都为张量,且具有手征特性。在此基础上进行数值模拟,分析电子注相关参数对等效媒质的影响。2.螺旋线行波管电磁特性理论分析。采用螺旋导面模型,分别对未加载电子注与加载电子注的螺旋线行波管进行分析,得到相对应的色散特性、耦合阻抗及特性阻抗,并与冷状态下的结果进行对比,验证理论推导的正确性。在电子注加载情况下,重点分析了电子注电压、电子注电流和电子注半径对电磁特性的影响,为分析电子注加载对行波管电磁特性的影响提供理论基础。3.利用电磁仿真软件CST仿真宽带螺旋线行波管的驻波特性,在此基础上设计合理的衰减模型。将无穷磁场聚焦电子注和周期磁场聚焦电子注加载到螺旋线行波管中,建立对应的能量传输系统模型。采用电磁仿真软件对无穷磁场聚焦下行波管的热驻波特性进行了仿真,并分析了电子注相关参数对热驻波特性的影响。
[Abstract]:Traveling wave tube (TWT) is a kind of very important microwave / millimeter wave electric vacuum device. It has the advantages of high power, high gain, high efficiency and wide band. It is widely used in modern military electronic equipment such as communication, radar, electronic countermeasure and so on. The research on the electromagnetic characteristics of TWT usually ignores the influence of electron beam on the propagation of electromagnetic wave. The electromagnetic characteristics of TWT are measured by studying the standing wave ratio of cold voltage and the characteristics of cold and high frequency. In fact, under the normal working condition of TWT, the existence of electron beam will inevitably affect the propagation state of electromagnetic wave. The electromagnetic characteristics in the hot state deviate from those in the cold state. How to accurately analyze the influence of electron beam on the electromagnetic characteristics of TWT directly affects the accuracy of subsequent beam-wave interaction analysis and, to a certain extent, becomes an important source of error between theoretical analysis and experimental measurement. Taking a broadband TWT as an example, the influence of electron beam on the electromagnetic characteristics of TWT is analyzed in this paper. The main work and innovations of this paper include: 1. Electron beam equivalent medium analysis. Based on Maxwell equation and electro-hydrodynamics, the electron beam propagating longitudinally under the infinite magnetic field focusing and the periodic magnetic field focusing is studied by using the equivalent medium treatment method. The electron beam in infinite magnetic field is equivalent to a uniaxial, reciprocal, anisotropic dielectric Zhang Liang medium. The electron beam equivalent under the periodic magnetic field focusing is a kind of bianisotropic medium, not only the dielectric rate and permeability are Zhang Liang, but also has the characteristic of chiral. On this basis, numerical simulation is carried out to analyze the influence of electron beam parameters on the equivalent medium. Theoretical Analysis of electromagnetic characteristics of Spiral TWT. The spiral guide plane model is used to analyze the unloaded electron beam and the loaded electron beam respectively. The corresponding dispersion characteristics, coupling impedance and characteristic impedance are obtained, and the results are compared with those in the cold state. The correctness of the theoretical deduction is verified. Under the condition of electron beam loading, the influence of electron beam voltage, electron beam current and electron beam radius on the electromagnetic characteristics is analyzed, which provides a theoretical basis for analyzing the influence of electron beam loading on the electromagnetic characteristics of traveling wave tubes. 3. The standing wave characteristics of broadband spiral traveling wave tube are simulated by electromagnetic simulation software CST, and a reasonable attenuation model is designed on this basis. The infinite magnetic field focused electron beam and the periodic magnetic field focused electron beam are loaded into the spiral traveling wave tube, and the corresponding energy transfer system model is established. The electromagnetic simulation software is used to simulate the thermal standing wave characteristics of the infinite magnetic field focused downlink wave tube, and the influence of electron beam parameters on the thermal standing wave characteristics is analyzed.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN124

【参考文献】

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本文编号：2467436