高功率回旋管冷测的模式激励器研究

发布时间：2020-11-07 18:19

　　 随着大功率回旋管的发展,其注波互作用腔体越来越大,输出的模式阶数也越来越高,而这些高阶模式不能直接使用,需要借助于准光模式变换器将其转化为高斯模。为了验证准光模式变换器的可靠性,必须在安装之前进行测试,而测试的关键就是设计出准光模式变换器的源。目前国内外有两种不同的设计方式用于产生这种高阶模式的源,一种是同轴波导模式激励器,另一种是同轴准光模式激励器。为了深入研究同轴谐振腔,本文使用表面阻抗匹配法具体分析了同轴谐振腔的选模能力,相比于空心圆柱谐振腔,其具有更强的选模能力;然后结合麦克斯韦方程组和传输线理论推导了满足同轴谐振腔的一维线性微分方程组,通过编写Python程序求解此方程组,便可以得到沿腔体轴线电场幅值,以及腔体的谐振频率和绕射品质因数。使用程序可以快速优化出谐振腔的优化参数,这是传统电磁仿真软件无法比拟的。通过这些理论,本文设计了三种类型的同轴谐振腔,用于激励TE_(62)模,其工作频率分别为93.81 GHz、93.82 GHz、94.08 GHz,输出的TE_(62)模纯度分别为93.27%、80.39%、96.29%。在同轴谐振腔的基础上,设计了准光模式激励器。准光模式激励器由侧壁打孔的同轴谐振腔、准光抛物镜面、高斯喇叭和凸透镜组成。其中准光抛物镜面通过几何光学理论设计,高斯喇叭使用耦合波导理论设计,侧壁打孔是通过电磁仿真软件进行优化处理的。通过整体仿真优化,其输出的TE_(62)模纯度为97.81%,且带宽在1 GHz以上,但是转换效率没有同轴波导模式激励器那么高,整体转换效率仅有8.0%。这是由于腔体尺寸太小,且侧壁开孔数量有限,加之高斯波束能量不集中,导致了辐射到腔体内部的能量迅速减少。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN12
【部分图文】：

图 1-1 第一个回旋管设计模型基于 ECR(电子回旋共振)现象，这种现共振产生的[16,21]。关于这一现象的理论亚的 Twiss[22]、美国的 Schneider 和苏联果由 Gaponov 和 Pental 在 1959 年发表[2的一些科学家[24-26]。在 1964 年，Hirshf

类型的回旋管，其结构示意图如图 1-2 所示，虽然有两种不流研究都采用内置准光型的横向输出结构的回旋管，因为回旋管，这种新型的结构设计使得回旋管具有更短的长度优势，而老式的径向输出结构回旋管虽然设计简单些，但有分离，在输出窗口，就可能有电子打在上面，且腔体大散热问题严重，制约了其向大功率回旋管发展的方向。由新型的回旋管由电子枪、弗拉索夫辐射器、准光模式变换构成，其中准光模式变换器的作用是将高阶输出模式变为

图 1-3 简单的电容演变到闭合谐振器在 LC 槽电路中，电能可以存储在电感和电容中，其中电能分为两部分，一部分存储在电容器件中，另一部分存储在电感器件中。在这种电感和电容组成的电路，其谐振频率已经确定，根据熵会朝着越来越低的方向走，且在电路中产生变化的电场和变化的磁场，就会形成了振荡[1]。在微波腔中，电场能量储存在导电腔体形成的壁电路中，磁场能量储存在导电腔体变化壁电流形成的磁场中。在谐振频率下，能量可以持续积累达到最大，这种积累靠的是电场能量与磁场能量来回转换，这种转换就会形成电磁波。这正是由于微波谐振腔也能产生电磁振荡。例如常用的放大管，它是微波振荡管中常用的器件之一，它也是一个电磁波可以与电子交换能量的地方，这种特性使得谐振腔在微波技术领域也得到了广泛的应用。例如，利用谐振腔的选频特性可以制作微波过滤器，用于滤除杂模，也可以制作阻抗匹配元器件；还可以利用谐振腔只有整数个谐振波长的特性，制作一个波长计或者回波箱等等。对于微波谐振腔，其主要特性还是谐振频率和品质因数[1]，谐振频率就是电磁
【参考文献】

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本文编号：2874315